netty权威指南 第二版

netty权威指南 第二版是一本Netty架构学习指南，由李林锋编著。本书深入剖析了Netty，更全面系统讲解底层架构、实践与源码，能够让读者更清晰地理解Netty 架构设计理念，第2版增加了MessagePack 编解码、服务端创建、客户端创建、高性能之道、可靠性、安全性等内容，内容更精彩，非常适合架构师、设计师、软件开发工程师、测试人员以及其他对Java NIO 框架、Netty 感兴趣的相关人士阅读。通过阅读netty权威指南 第二版，读者不仅能够掌握Netty基础功能的使用和开发，更能够掌握Netty核心类库的原理和使用约束，从而在实际工作中更好地使用Netty。

内容介绍

《netty权威指南 第二版》是异步非阻塞通信领域的经典之作，基于全新版本的Netty 5.0 编写，是国内首本深入介绍Netty 原理和架构的书籍，也是作者多年实战经验的总结和浓缩。内容不仅包含Java NIO入门知识、Netty 的基础功能开发指导、编解码框架定制等，还包括私有协议栈定制和开发、Netty 核心类库源码分析，以及Netty 的架构剖析。

第2 版的主要变更如下，删除第1 版中的如下章节：

第7 章：Java 序列化；

第12 章：UDP 协议开发；

第13 章：文件传输；

第22 章：Netty 行业应用。

新增本书中的如下章节：

第7 章：MessagePack 编解码；

第13 章：服务端创建；

第14 章：客户端创建；

第22 章：高性能之道；

第23 章：可靠性；

第24 章：安全性。

章节目录

基础篇 走进Java NIO
第1 章 Java 的I/O 演进之路．．．．．．2
1．1 I/O 基础入门．．．．．．3
1．1．1 Linux 网络I/O 模型简介．．．．．．3
1．1．2 I/O 多路复用技术．．．．．．6
1．2 Java 的I/O 演进．．．．．．8
1．3 总结．．．．．． 10
第2 章 NIO 入门．．．．．． 11
2．1 传统的BIO 编程．．．．．． 11
2．1．1 BIO 通信模型图．．．．．． 12
2．1．2 同步阻塞式I/O 创建的TimeServer 源码分析．．．．．． 13
2．1．3 同步阻塞式I/O 创建的TimeClient 源码分析．．．．．． 16
2．2 伪异步I/O 编程．．．．．． 18
2．2．1 伪异步I/O 模型图．．．．．． 19
2．2．2 伪异步I/O 创建的TimeServer 源码分析．．．．．． 19
2．2．3 伪异步I/O 弊端分析．．．．．． 21
2．3 NIO 编程．．．．．． 24
2．3．1 NIO 类库简介．．．．．． 24
2．3．2 NIO 服务端序列图．．．．．． 28
2．3．3 NIO 创建的TimeServer 源码分析．．．．．． 30
2．3．4 NIO 客户端序列图．．．．．． 36
2．3．5 NIO 创建的TimeClient 源码分析．．．．．． 39
2．4 AIO 编程．．．．．． 45
2．4．1 AIO 创建的TimeServer 源码分析．．．．．． 46
2．4．2 AIO 创建的TimeClient 源码分析．．．．．． 51
2．4．3 AIO 版本时间服务器运行结果．．．．．． 56
2．5 4 种I/O 的对比．．．．．． 58
2．5．1 概念澄清．．．．．． 58
2．5．2 不同I/O 模型对比．．．．．． 59
2．6 选择Netty 的理由．．．．．． 60
2．6．1 不选择Java 原生NIO 编程的原因．．．．．． 61
2．6．2 为什么选择Netty ．．．．．． 62
2．7 总结．．．．．． 63

入门篇 Netty NIO 开发指南

第3 章 Netty 入门应用．．．．．． 66
3．1 Netty 开发环境的搭建．．．．．． 66
3．1．1 下载Netty 的软件包．．．．．． 67
3．1．2 搭建Netty 应用工程．．．．．． 67
3．2 Netty 服务端开发．．．．．． 68
3．3 Netty 客户端开发．．．．．． 73
3．4 运行和调试．．．．．． 76
3．4．1 服务端和客户端的运行．．．．．． 76
3．4．2 打包和部署．．．．．． 77
3．5 总结．．．．．． 77
第4 章 TCP 粘包/拆包问题的解决之道．．．．．． 79
4．1 TCP 粘包/拆包．．．．．． 79
4．1．1 TCP 粘包/拆包问题说明．．．．．． 80
4．1．2 TCP 粘包/拆包发生的原因．．．．．． 80
4．1．3 粘包问题的解决策略．．．．．． 81
4．2 未考虑TCP 粘包导致功能异常案例．．．．．． 82
4．2．1 TimeServer 的改造．．．．．． 82
4．2．2 TimeClient 的改造．．．．．． 83
4．2．3 运行结果．．．．．． 84
4．3 利用LineBasedFrameDecoder 解决TCP 粘包问题．．．．．． 85
4．3．1 支持TCP 粘包的TimeServer ．．．．．． 86
4．3．2 支持TCP 粘包的TimeClient．．．．．． 88
4．3．3 运行支持TCP 粘包的时间服务器程序．．．．．． 90
4．3．4 LineBasedFrameDecoder 和StringDecoder 的原理分析．．．．．． 91
4．4 总结．．．．．． 92
第5 章 分隔符和定长解码器的应用．．．．．． 93
5．1 DelimiterBasedFrameDecoder 应用开发．．．．．． 94
5．1．1 DelimiterBasedFrameDecoder 服务端开发．．．．．． 94
5．1．2 DelimiterBasedFrameDecoder 客户端开发．．．．．． 97
5．1．3 运行DelimiterBasedFrameDecoder 服务端和客户端．．．．．． 99
5．2 FixedLengthFrameDecoder 应用开发．．．．．． 101
5．2．1 FixedLengthFrameDecoder 服务端开发．．．．．． 101
5．2．2 利用telnet 命令行测试EchoServer 服务端．．．．．． 103
5．3 总结．．．．．． 104

中级篇 Netty 编解码开发指南

第6 章 编解码技术．．．．．． 106
6．1 Java 序列化的缺点．．．．．． 107
6．1．1 法跨语言．．．．．． 107
6．1．2 序列化后的码流太大．．．．．． 107
6．1．3 序列化性能太低．．．．．． 110
6．2 业界主流的编解码框架．．．．．． 113
6．2．1 Google 的Protobuf 介绍．．．．．． 113
6．2．2 Thrift 介绍．．．．．． 115
6．2．3 JBoss Marshalling 介绍．．．．．． 116
6．3 总结．．．．．． 117
第7 章 MessagePack 编解码．．．．．． 118
7．1 MessagePack 介绍．．．．．． 118
7．1．1 MessagePack 多语言支持．．．．．． 119
7．1．2 MessagePack Java API 介绍．．．．．． 119
7．1．3 MessagePack 开发包下载．．．．．． 120
7．2 MessagePack 编码器和解码器开发．．．．．． 120
7．2．1 MessagePack 编码器开发．．．．．． 120
7．2．2 MessagePack 解码器开发．．．．．． 121
7．2．3 功能测试．．．．．． 121
7．3 粘包/半包支持．．．．．． 124
7．4 总结．．．．．． 127
第8 章 Google Protobuf 编解码．．．．．． 128
8．1 Protobuf 的入门．．．．．． 129
8．1．1 Protobuf 开发环境搭建．．．．．． 129
8．1．2 Protobuf 编解码开发．．．．．． 131
8．1．3 运行Protobuf 例程．．．．．． 133
8．2 Netty 的Protobuf 服务端开发．．．．．． 133
8．2．1 Protobuf 版本的图书订购服务端开发．．．．．． 134
8．2．2 Protobuf 版本的图书订购客户端开发．．．．．． 136
8．2．3 Protobuf 版本的图书订购程序功能测试．．．．．． 139
8．3 Protobuf 的使用注意事项．．．．．． 140
8．4 总结．．．．．． 142
第9 章 JBoss Marshalling 编解码．．．．．． 143
9．1 Marshalling 开发环境准备．．．．．． 143
9．2 Netty 的Marshalling 服务端开发．．．．．． 144
9．3 Netty 的Marshalling 客户端开发．．．．．． 147
9．4 运行Marshalling 客户端和服务端例程．．．．．． 149
9．5 总结．．．．．． 150

高级篇 Netty 多协议开发和应用

第10 章 HTTP 协议开发应用．．．．．． 154
10．1 HTTP 协议介绍．．．．．． 155
10．1．1 HTTP 协议的URL ．．．．．． 155
10．1．2 HTTP 请求消息（HttpRequest）．．．．．． 155
10．1．3 HTTP 响应消息（HttpResponse） ．．．．．． 158
10．2 Netty HTTP 服务端入门开发．．．．．． 159
10．2．1 HTTP 服务端例程场景描述．．．．．． 160
10．2．2 HTTP 服务端开发．．．．．． 160
10．2．3 Netty HTTP 文件服务器例程运行结果．．．．．． 166
10．3 Netty HTTP+XML 协议栈开发．．．．．． 170
10．3．1 开发场景介绍．．．．．． 171
10．3．2 HTTP+XML 协议栈设计．．．．．． 174
10．3．3 高效的XML 绑定框架JiBx ．．．．．． 175
10．3．4 HTTP+XML 编解码框架开发．．．．．． 183
10．3．5 HTTP+XML 协议栈测试．．．．．． 199
10．3．6 小结．．．．．． 201
10．4 总结．．．．．． 202
第11 章 WebSocket 协议开发．．．．．． 203
11．1 HTTP 协议的弊端．．．．．． 204
11．2 WebSocket 入门．．．．．． 204
11．2．1 WebSocket 背景．．．．．． 205
11．2．2 WebSocket 连接建立．．．．．． 206
11．2．3 WebSocket 生命周期．．．．．． 207
11．2．4 WebSocket 连接关闭．．．．．． 208
11．3 Netty WebSocket 协议开发．．．．．． 209
11．3．1 WebSocket 服务端功能介绍．．．．．． 209
11．3．2 WebSocket 服务端开发．．．．．． 210
11．3．3 运行WebSocket 服务端．．．．．． 218
11．4 总结．．．．．． 219
第12 章 私有协议栈开发．．．．．． 221
12．1 私有协议介绍．．．．．． 221
12．2 Netty 协议栈功能设计．．．．．． 223
12．2．1 网络拓扑图．．．．．． 223
12．2．2 协议栈功能描述．．．．．． 224
12．2．3 通信模型．．．．．． 224
12．2．4 消息定义．．．．．． 225
12．2．5 Netty 协议支持的字段类型．．．．．． 226
12．2．6 Netty 协议的编解码规范．．．．．． 227
12．2．7 链路的建立．．．．．． 229
12．2．8 链路的关闭．．．．．． 230
12．2．9 可靠性设计．．．．．． 230
12．2．10 安全性设计．．．．．． 232
12．2．11 可扩展性设计．．．．．． 232
12．3 Netty 协议栈开发．．．．．． 233
12．3．1 数据结构定义．．．．．． 233
12．3．2 消息编解码．．．．．． 237
12．3．3 握手和安全认证．．．．．． 241
12．3．4 心跳检测机制．．．．．． 245
12．3．5 断连重连．．．．．． 248
12．3．6 客户端代码．．．．．． 249
12．3．7 服务端代码．．．．．． 251
12．4 运行协议栈．．．．．． 252
12．4．1 正常场景．．．．．． 252
12．4．2 异常场景：服务端宕机重启．．．．．． 253
12．4．3 异常场景：客户端宕机重启．．．．．． 256
12．5 总结．．．．．． 256
第13 章 服务端创建．．．．．． 258
13．1 原生NIO 类库的复杂性．．．．．． 259
13．2 Netty 服务端创建源码分析．．．．．． 259
13．2．1 Netty 服务端创建时序图．．．．．． 260
13．2．2 Netty 服务端创建源码分析．．．．．． 263
13．3 客户端接入源码分析．．．．．． 272
13．4 总结．．．．．． 275
第14 章 客户端创建．．．．．． 276
14．1 Netty 客户端创建流程分析．．．．．． 276
14．2．1 Netty 客户端创建时序图．．．．．． 276
14．2．2 Netty 客户端创建流程分析．．．．．． 277
14．2 Netty 客户端创建源码分析．．．．．． 278
14．2．1 客户端连接辅助类Bootstrap．．．．．． 278
14．2．2 客户端连接操作．．．．．． 281
14．2．3 异步连接结果通知．．．．．． 283
14．2．4 客户端连接超时机制．．．．．． 284
14．3 总结．．．．．． 286

源码分析篇 Netty 功能介绍和源码分析

第15 章 ByteBuf 和相关辅助类．．．．．． 288
15．1 ByteBuf 功能说明．．．．．． 288
15．1．1 ByteBuf 的工作原理．．．．．． 289
15．1．2 ByteBuf 的功能介绍．．．．．． 294
15．2 ByteBuf 源码分析．．．．．． 308
15．2．1 ByteBuf 的主要类继承关系．．．．．． 309
15．2．2 AbstractByteBuf 源码分析．．．．．． 310
15．2．3 AbstractReferenceCountedByteBuf 源码分析．．．．．． 319
15．2．4 UnpooledHeapByteBuf 源码分析．．．．．． 321
15．2．5 PooledByteBuf 内存池原理分析．．．．．． 326
15．2．6 PooledDirectByteBuf 源码分析．．．．．． 329
15．3 ByteBuf 相关的辅助类功能介绍．．．．．． 332
15．3．1 ByteBufHolder．．．．．． 332
15．3．2 ByteBufAllocator ．．．．．． 333
15．3．3 CompositeByteBuf ．．．．．． 334
15．3．4 ByteBufUtil ．．．．．． 336
15．4 总结．．．．．． 337
第16 章 Channel 和Unsafe ．．．．．． 338
16．1 Channel 功能说明．．．．．． 338
16．1．1 Channel 的工作原理．．．．．． 339
16．1．2 Channel 的功能介绍．．．．．． 340
16．2 Channel 源码分析．．．．．． 343
16．2．1 Channel 的主要继承关系类图．．．．．． 343
16．2．2 AbstractChannel 源码分析．．．．．． 344
16．2．3 AbstractNioChannel 源码分析．．．．．． 347
16．2．4 AbstractNioByteChannel 源码分析．．．．．． 350
16．2．5 AbstractNioMessageChannel 源码分析．．．．．． 353
16．2．6 AbstractNioMessageServerChannel 源码分析．．．．．． 354
16．2．7 NioServerSocketChannel 源码分析．．．．．． 355
16．2．8 NioSocketChannel 源码分析．．．．．． 358
16．3 Unsafe 功能说明．．．．．． 364
16．4 Unsafe 源码分析．．．．．． 365
16．4．1 Unsafe 继承关系类图．．．．．． 365
16．4．2 AbstractUnsafe 源码分析．．．．．． 366
16．4．3 AbstractNioUnsafe 源码分析．．．．．． 375
16．4．4 NioByteUnsafe 源码分析．．．．．． 379
16．5 总结．．．．．． 387
第17 章 ChannelPipeline 和ChannelHandler．．．．．． 388
17．1 ChannelPipeline 功能说明．．．．．． 389
17．1．1 ChannelPipeline 的事件处理．．．．．． 389
17．1．2 自定义拦截器．．．．．． 391
17．1．3 构建pipeline ．．．．．． 392
17．1．4 ChannelPipeline 的主要特性．．．．．． 393
17．2 ChannelPipeline 源码分析．．．．．． 393
17．2．1 ChannelPipeline 的类继承关系图．．．．．． 393
17．2．2 ChannelPipeline 对ChannelHandler 的管理．．．．．． 393
17．2．3 ChannelPipeline 的inbound 事件．．．．．． 396
17．2．4 ChannelPipeline 的outbound 事件．．．．．． 397
17．3 ChannelHandler 功能说明．．．．．． 398
17．3．1 ChannelHandlerAdapter 功能说明．．．．．． 399
17．3．2 ByteToMessageDecoder 功能说明．．．．．． 399
17．3．3 MessageToMessageDecoder 功能说明．．．．．． 400
17．3．4 LengthFieldBasedFrameDecoder 功能说明．．．．．． 400
17．3．5 MessageToByteEncoder 功能说明．．．．．． 404
17．3．6 MessageToMessageEncoder 功能说明．．．．．． 404
17．3．7 LengthFieldPrepender 功能说明．．．．．． 405
17．4 ChannelHandler 源码分析．．．．．． 406
17．4．1 ChannelHandler 的类继承关系图．．．．．． 406
17．4．2 ByteToMessageDecoder 源码分析．．．．．． 407
17．4．3 MessageToMessageDecoder 源码分析．．．．．． 410
17．4．4 LengthFieldBasedFrameDecoder 源码分析．．．．．． 411
17．4．5 MessageToByteEncoder 源码分析．．．．．． 415
17．4．6 MessageToMessageEncoder 源码分析．．．．．． 416
17．4．7 LengthFieldPrepender 源码分析．．．．．． 417
17．5 总结．．．．．． 418
第18 章 EventLoop 和EventLoopGroup．．．．．． 419
18．1 Netty 的线程模型．．．．．． 419
18．1．1 Reactor 单线程模型．．．．．． 420
18．1．2 Reactor 多线程模型．．．．．． 421
18．1．3 主从Reactor 多线程模型．．．．．． 422
18．1．4 Netty 的线程模型．．．．．． 423
18．1．5 最佳实践．．．．．． 424
18．2 NioEventLoop 源码分析．．．．．． 425
18．2．1 NioEventLoop 设计原理．．．．．． 425
18．2．2 NioEventLoop 继承关系类图．．．．．． 426
18．2．3 NioEventLoop．．．．．． 427
18．3 总结．．．．．． 436
第19 章 Future 和Promise ．．．．．． 438
19．1 Future 功能．．．．．． 438
19．2 ChannelFuture 源码分析．．．．．． 443
19．3 Promise 功能介绍．．．．．． 445
19．4 Promise 源码分析．．．．．． 447
19．4．1 Promise 继承关系图．．．．．． 447
19．4．2 DefaultPromise ．．．．．． 447
19．5 总结．．．．．． 449

架构和行业应用篇 Netty 高级特性

第20 章 Netty 架构剖析．．．．．． 452
20．1 Netty 逻辑架构．．．．．． 452
20．1．1 Reactor 通信调度层．．．．．． 453
20．1．2 职责链ChannelPipeline ．．．．．． 453
20．1．3 业务逻辑编排层（Service ChannelHandler）．．．．．． 454
20．2 关键架构质量属性．．．．．． 454
20．2．1 高性能．．．．．． 454
20．2．2 可靠性．．．．．． 457
20．2．3 可定制性．．．．．． 460
20．2．4 可扩展性．．．．．． 460
20．3 总结．．．．．． 460
第21 章 Java 多线程编程在Netty 中的应用．．．．．． 461
21．1 Java 内存模型与多线程编程．．．．．． 461
21．1．1 硬件的发展和多任务处理．．．．．． 461
21．1．2 Java 内存模型．．．．．． 462
21．2 Netty 的并发编程实践．．．．．． 464
21．2．1 对共享的可变数据进行正确的同步．．．．．． 464
21．2．2 正确使用锁．．．．．． 465
21．2．3 volatile 的正确使用．．．．．． 467
21．2．4 CAS 指令和原子类．．．．．． 470
21．2．5 线程安全类的应用．．．．．． 472
21．2．6 读写锁的应用．．．．．． 476
21．2．7 线程安全性文档说明．．．．．． 477
21．2．8 不要依赖线程优先级．．．．．． 478
21．3 总结．．．．．． 479
第22 章 高性能之道．．．．．． 480
22．1 RPC 调用性能模型分析．．．．．． 480
22．1．1 传统RPC 调用性能差的三宗罪．．．．．． 480
22．1．2 I/O 通信性能三原则．．．．．． 481
22．2 Netty 高性能之道．．．．．． 482
22．2．1 异步非阻塞通信．．．．．． 482
22．2．2 高效的Reactor 线程模型．．．．．． 482
22．2．3 锁化的串行设计．．．．．． 485
22．2．4 高效的并发编程．．．．．． 486
22．2．5 高性能的序列化框架．．．．．． 486
22．2．6 零拷贝．．．．．． 487
22．2．7 内存池．．．．．． 491
22．2．8 灵活的TCP 参数配置能力．．．．．． 494
22．3 主流NIO 框架性能对比．．．．．． 495
22．4 总结．．．．．． 497
第23 章 可靠性．．．．．． 498
23．1 可靠性需求．．．．．． 498
23．1．1 宕机的代价．．．．．． 498
23．1．2 Netty 可靠性需求．．．．．． 499
23．2 Netty 高可靠性设计．．．．．． 500
23．2．1 网络通信类故障．．．．．． 500
23．2．2 链路的有效性检测．．．．．． 507
23．2．3 Reactor 线程的保护．．．．．． 510
23．2．4 内存保护．．．．．． 513
23．2．5 流量整形．．．．．． 516
23．2．6 优雅停机接口．．．．．． 519
23．3 优化建议．．．．．． 520
23．3．1 发送队列容量上限控制．．．．．． 520
23．3．2 回推发送失败的消息．．．．．． 521
23．4 总结．．．．．． 521
第24 章 安全性．．．．．． 522
24．1 严峻的安全形势．．．．．． 522
24．1．1 OpenSSL Heart bleed 漏洞．．．．．． 522
24．1．2 安全漏洞的代价．．．．．． 523
24．1．3 Netty 面临的安全风险．．．．．． 523
24．2 Netty SSL 安全特性．．．．．． 525
24．2．1 SSL 单向认证．．．．．． 525
24．2．2 SSL 双向认证．．．．．． 532
24．2．3 第三方CA 认证．．．．．． 536
24．3 Netty SSL 源码分析．．．．．． 538
24．3．1 客户端．．．．．． 538
24．3．2 服务端．．．．．． 541
24．3．3 消息读取．．．．．． 544
24．3．4 消息发送．．．．．． 545
24．4 Netty 扩展的安全特性．．．．．． 546
24．4．1 IP 地址黑名单机制．．．．．． 547
24．4．2 接入认证．．．．．． 548
24．4 总结．．．．．． 550
第25 章 Netty 未来展望．．．．．． 551
25．1 应用范围．．．．．． 551
25．2 技术演进．．．．．． 552
25．3 社区活跃度．．．．．． 552
25．4 Road Map ．．．．．． 552
25．5 总结．．．．．． 553
附录A Netty 参数配置表．．．．．． 554

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