可爱的 Netty 之开篇

欢迎你和我一起学习 Netty 这款网络框架，之所以将这个系列的博文标题起名为《可爱的Netty》是希望大家面对 网络层的知识不要恐惧，保持一种好奇、探索的思路来学习他们，我会带着大家追随问题的本质，同时也需要动手实践去写一些代码。 目前我还未将所有的目录划分出来，因为这个系列不仅仅在讲 Netty 同时也在恶补我们计算机网络的知识点， 我尽量在每个章节控制一个合理的知识范围让各位不会感到枯燥，后期我会专门将整个系列做一个目录集合提供阅读。

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这个系列都有什么内容?

在开始之前我们先向各位看官公布一下这里会讲什么内容？你可以学到什么？

Netty 是一个服务端网络层的框架，我们会结合 Unix 网络模型，Java NIO 来讲解Netty的使用和设计以及应用， 在前面的章节我们会花点时间来复习理论基础，然后来学习 Netty 中的一些核心概念， 最终带领大家一起编写很多应用型的示例，包括IM服务器、Web服务器、RPC服务器等企业中常用的技术。

所有的源码都会托管在 Github{:target="_blank"} 平台上，你可以在 这里{:target="_blank"} 进行查看，如果觉得不错可以点个 star， 当然学习的过程中最重要的并不是代码，实践却总能得出真知，希望你同时做到。

我们开始吧

这是《可爱的Netty》的第一章，首先来复习一下计算机网络的一些基本概念，知道这些会让你对网络编程的种种现象会有更清晰的认识， 因为不论在学习任何技能的时候都会有一个基础点，我们无法罗列所有的概念，会挑出一些重点供大家学习。

名词解释

文件描述符 File Description

文件描述符（file descriptor，简称fd）在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

在 Linux 中，内核将所有的外部设备都当做一个文件来进行操作，而对一个文件的读写操作会调用内核提供的系统命令，返回一个 fd，对一个 socket 的读写也会有相应的描述符，称为 socketfd（socket 描述符），实际上描述符就是一个数字，它指向内核中的一个结构体（文件路径、数据区等一些属性）。

用户空间与内核空间、内核态与用户态

现在操作系统都是采用虚拟存储器，那么对32位操作系统而言，它的寻址空间（虚拟存储空间）为4G（2的32次方）。操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核，保证内核的安全，操作系统将虚拟空间划分为两部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。针对 linux 操作系统而言（以32位操作系统为例）

• 将最高的 1G 字节（从虚拟地址 0xC0000000 到 0xFFFFFFFF），供内核使用，称为内核空间；
• 将较低的 3G 字节（从虚拟地址 0x00000000 到 0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为用户空间。

每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，Linux 内核由系统内的所有进程共享。于是，从具体进程的角度来看，每个进程可以拥有 4G 字节的虚拟空间。

• 当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，称进程处于内核运行态（内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前进程的内核栈，每个进程都有自己的内核栈；
• 当进程在执行用户自己的代码时，则称其处于用户运行态（用户态）。此时处理器在特权级最低的（3级）用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时，此时用户程序也可以象征性地称为处于进程的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。

上下文切换

当一个进程在执行时，CPU 的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈中的内容被称为该进程的上下文。

当内核需要切换到另一个进程时，它需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的上下文，以便在再次执行该进程时，能够必得到切换时的状态执行下去。在 Linux 中，当前进程上下文均保存在进程的任务数据结构中。在发生中断时，内核就在被中断进程的上下文中，在内核态下执行中断服务例程。但同时会保留所有需要用到的资源，以便中继服务结束时能恢复被中断进程的执行。

同步与异步

同步和异步关注的是消息通信机制，所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。而异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

典型的异步编程模型比如 Node.js。

举个通俗的例子：你打电话问书店老板有没有《如何与傻逼相处》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。

而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

阻塞与非阻塞

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态。 阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。 调用线程只有在得到结果之后才会返回。非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。 还是上面的例子，你打电话问书店老板有没有《如何与傻逼相处》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

其实本节什么也没讲，但是你可能要花一些时间来理解上面的词汇，关于同步、异步这块的理解我们会在下一个章节中来学习 Unix 网络IO模型 帮助你更好的理解。

参考资料

• 用户空间与内核空间，进程上下文与中断上下文{:target="_blank"}
• socket阻塞与非阻塞，同步与异步{:target="_blank"}
• 怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？{:target="_blank"}