Java架构师⾯试之Netty⾯试专题及答案（共10题，含详细解答
6.了解哪⼏种序列化协议？ 序列化（编码）是将对象序列化为⼆进制形式（字节数组），主要⽤于⽹络传输、数据持久化等；⽽反序列化（解码）则是将从⽹络、磁盘等读取的字节数组还原成原始对象，主要⽤于⽹络传输对象的解码，以便完成远程调⽤。 影响序列化性能的关键因素：序列化后的码流⼤⼩（⽹络带宽的占⽤）、序列化的性能（ CPU 资源占⽤）；是否⽀持跨语⾔（异构系统的对接和开发语⾔切换）。 Java 默认提供的序列化：⽆法跨语⾔、序列化后的码流太⼤、序列化的性能差XML， 优点：⼈机可读性好，可指定元素或特性的名称。 缺点：序列化数据只包含数据本⾝以及类的结构，不包括类型标识和程序集信息；只能序列化公共属性和字段；不能序列化⽅法；⽂件庞⼤，⽂件格式复杂，传输占带宽。 适⽤场景：当做配置⽂件存储数据，实时数据转换。
java调用python模型
JSON，是⼀种轻量级的数据交换格式 优点：兼容性⾼、数据格式⽐较简单，易于读写、序列化后数据较⼩，可扩展性好，兼容性好、与XML 相⽐，其协议⽐较简单，解析速度⽐较快。 缺点：数据的描述性⽐ XML 差、不适合性能要求为 ms 级别的情况、额外空间开销⽐较⼤。 适⽤场景（可替代ＸＭＬ）：跨防⽕墙访问、可调式性要求⾼、基于 Webbrowser 的 Ajax 请求、传输数据量相对⼩，实时性要求相对低（例如秒级别）的服务。
Fastjson，采⽤⼀种“假定有序快速匹配”的算法。 优点：接⼝简单易⽤、⽬前 java 语⾔中最快的 json 库。
缺点：过于注重快，⽽偏离了“标准”及功能性、代码质量不⾼，⽂档不全。 适⽤场景：协议交互、 Web 输出、 Android 客户端
Thrift，不仅是序列化协议，还是⼀个 RPC 框架。 优点：序列化后的体积⼩, 速度快、⽀持多种语⾔和丰富的数据类型、对于数据字段的增删具有较强的兼容性、⽀持⼆进制压缩编码。 缺点：使⽤者较少、跨防⽕墙访问时，不安全、不具有可读性，调试代码时相对困难、不能与其他传输层协议共同使⽤（例如 HTTP）、⽆法⽀持向持久层直接读写数据，即不适合做数据持久化序列化协议。 适⽤场景：分布式系统的 RPC 解决⽅案
Avro， Hadoop 的⼀个⼦项⽬，解决了 JSON 的冗长和没有 IDL 的问题。 优点：⽀持丰富的数据类型、简单的动态语⾔结合功能、具有⾃我描述属性、提⾼了数据解析速度、快速可压缩的⼆进制数据形式、可以实现远程过程调⽤ RPC、⽀持跨编程语⾔实现。 缺点：对于习惯于静态类型语⾔的⽤户不直观。 适⽤场景：在 Hadoop 中做 Hive、 Pig 和 MapReduce的持久化数据格式。
Protobuf，将数据结构以.proto ⽂件进⾏描述，通过代码⽣成⼯具可以⽣成对应数据结构的POJO 对象和 Protobuf 相关的⽅法和属性。优点：序列化后码流⼩，性能⾼、结构化数据存储格式（ XML JSON 等）、通过标识字段的顺序，可以实现协议的前向兼容、结构化的⽂档更容易管理和维护。 缺点：需要依赖于⼯具⽣成代码、⽀持的语⾔相对较少，官⽅只⽀持Java 、 C++ 、 python。 适⽤场景：对性能要求⾼的 RPC 调⽤、具有良好的跨防⽕墙的访问属性、适合应⽤层对象的持久化
其它 protostuff 基于 protobuf 协议，但不需要配置 proto ⽂件，直接导包即可 Jboss marshaling 可以直接序列化 java 类， ⽆须实java.io.Serializable 接⼝ Message pack ⼀个⾼效的⼆进制序列化格式 Hessian 采⽤⼆进制协议的轻量级 remoting onhttp ⼯具 kryo 基于 protobuf 协议，只⽀持 java 语⾔，需要注册（ Registration），然后序列化（ Output），反序列化（ Input）
7.如何选择序列化协议？ 具体场景 对于公司间的系统调⽤，如果性能要求在 100ms 以上的服务，基于 XML 的 SOAP 协议是⼀个值得考虑的⽅案。 基于 Web browser 的 Ajax，以及 Mobile app 与服务端之间的通讯， JSON 协议是⾸选。对于性能要求不太⾼，或者以动态类型语⾔为主，或者传输数据载荷很⼩的的运⽤场景， JSON也是⾮常不错的选择。 对于调试环境⽐较恶劣的场景，采⽤ JSON 或 XML 能够极⼤的提⾼调试效率，降低系统开发成本。 当对性能和简洁性有极⾼要求的场景， Protobuf， Thrift， Avro 之间具有⼀定的竞争关系。 对于 T 级别的数据的持久化应⽤场景， Protobuf 和 Avro 是⾸要选择。如果持久化后的数据存储在 hadoop ⼦项⽬⾥， Avro 会是更好的选择。 对于持久层⾮ Hadoop 项⽬，以静态类型语⾔为主的应⽤场景， Protobuf 会更符合静态类型语⾔⼯程师的开发习惯。 由于Avro 的设计理念偏向于动态类型语⾔，对于动态语⾔为主的应⽤场景， Avro 是更好的选择。 如果需要提供⼀个完整的 RPC 解决⽅案，Thrift 是⼀个好的选择。 如果序列化之后需要⽀持不同的传输层协议，或者需要跨防⽕墙访问的⾼性能场景，Protobuf 可以优先考虑。protobuf 的数据类型有多种： bool、 double、 float、 int32、 int64、 string、 bytes、 enum、message。 protobuf
的限定符：required: 必须赋值，不能为空、 optional：字段可以赋值，也可以不赋值、 repeated: 该字段可以重复任意次数（包括 0 次）、枚举；只能⽤指定的常量集中的⼀个值作为其值； protobuf 的基本规则：每个消息中必须⾄少留有⼀个 required 类型的字段、包含 0 个或多个optional 类型的字段； repeated 表⽰的字段可以包含 0 个或多个数据； [1,15]之内的标识号在编码的时候会占⽤⼀个字节（常⽤），[16,2047]之内的标识号则占⽤ 2 个字节，标识号⼀定不能重复、使⽤消息类型，也可以将消息嵌套任意多层，可⽤嵌套消息类型来代替组。 protobuf 的消息升级原则：不要更改任何已有的字段的数值标识；不能移除已经存在的required 字段， optional 和 repeated 类型的字段可以被移除，但要保留标号不能被重⽤。新添加的字段必须是 optional 或 repeated。因为旧版本程序⽆法读取或写⼊新增的required 限定符的字段。编译器为每⼀个消息类型⽣成了⼀个.java ⽂件，以及⼀个特殊的 Builder 类（该类是⽤来创建消息类接⼝的）。如：
UserProto.User.Builder builder =UserProto.User.
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newBuilder();builder.build()；
Netty 中的使⽤： ProtobufVarint32FrameDecoder 是⽤于处理半包消息的解码类；
ProtobufDecoder(DefaultInstance())这是创建的 UserProto.java ⽂件中的解码类；
ProtobufVarint32LengthFieldPrepender 对 protobuf 协议的消息头上加上⼀个长度为32 的整形字段，⽤于标志这个消息的长度的类； ProtobufEncoder 是编码类将 StringBuilder 转换为 ByteBuf 类型： copiedBuffer()⽅法
8.Netty 的零拷贝实现？ Netty 的接收和发送 ByteBuffer 采⽤ DIRECT BUFFERS，使⽤堆外直接内存进⾏ Socket 读写，不需要进⾏字节缓冲区的⼆次拷贝。堆内存多了⼀次内存拷贝， JVM 会将堆内存Buffer 拷贝⼀份到直接内存中，然后才写⼊ Socket 中。 ByteBuffer 由 ChannelConfig 分配，⽽ ChannelConfig 创建 ByteBufAllocator 默认使⽤ Direct BufferCompositeByteBuf 类可以将多个ByteBuf 合并为⼀个逻辑上的 ByteBuf, 避免了传统通过内存拷贝的⽅式将⼏个⼩ Buffer 合并成⼀个⼤的 Buffer。 addComponents ⽅法将 header与 body 合并为⼀个逻辑上的 ByteBuf, 这两个 ByteBuf 在 CompositeByteBuf 内部都是单独存在的, CompositeByteBuf 只是逻辑上是⼀个整体通过 FileRegion 包装的 anferTo ⽅法 实现⽂件传输, 可以直接将⽂件缓冲区的数据发送到⽬标Channel，避免了传统通过循环 write ⽅式导致的内存拷贝问题。通过 wrap ⽅法, 我们可以将 byte[] 数组、 ByteBuf、 ByteBuffer 等包装成⼀个 NettyByteBuf 对象, 进⽽避免了拷贝操作。Selector BUG：若 Selector 的轮询结果为空，也没有 wakeup 或新消息处理，则发⽣空轮询， CPU 使⽤率 100%； Netty 的解决办法：对 Selector 的 select 操作周期进⾏统计，每完成⼀次空的 select 操作进⾏⼀次计
数，若在某个周期内连续发⽣ N 次空轮询，则触发了 epoll 死循环 bug。重建Selector，判断是否是其他线程发起的重建请求，若不是则将原 SocketChannel 从旧的Selector 上去除注册，重新注册到新的 Selector 上，并将原来的 Selector 关闭。
9.Netty 的⾼性能表现在哪些⽅⾯？ ⼼跳，对服务端：会定时清除闲置会话 inactive(netty5)，对客户端:⽤来检测会话是否断开，是否重来，检测⽹络延迟，其中 idleStateHandler 类 ⽤来检测会话状态 串⾏⽆锁化设计，即消息的处理尽可能在同⼀个线程内完成，期间不进⾏线程切换，这样就避免了多线程竞争和同步锁。表⾯上看，串⾏化设计似乎 CPU 利⽤率不⾼，并发程度不够。但是，通过调整 NIO 线程池的线程参数，可以同时启动多个串⾏化的线程并⾏运⾏，这种局部⽆锁化的串⾏线程设计相⽐⼀个队列-多个⼯作线程模型性能更优。 可靠性，链路有效性检测：链路空闲检测机制，读/写空闲超时机制；内存保护机制：通过内存池重⽤ ByteBuf;ByteBuf 的解码保护；优雅停机：不再接收新消息、退出前的预处理操作、资源的释放操作。 Netty 安全性：⽀持的安全协议： SSL V2 和 V3， TLS， SSL 单向认证、双向认证和第三⽅ CA认证。 ⾼效并发编程的体现： volatile 的⼤量、正确使⽤； CAS 和原⼦类的⼴泛使⽤；线程安全容器的使⽤；通过读写锁提升并发性能。 IO 通信性能三原则：传输（ AIO）、协议（ Http）、线程（主从多线程） 流量整型的作⽤（变压器）：防⽌由于上下游⽹元性能不均衡导致下游⽹元被压垮，业务流中断；防⽌由于通信模块接受消息过快，后端业务线程处理不及时导致撑死问题。TCP 参数配置： SO_RCVBUF 和 SO_SNDBUF：通常建议值为 128K
或者 256K； SO_TCPNODELAY： NAGLE 算法通过将缓冲区内的⼩封包⾃动相连，组成较⼤的封包，阻⽌⼤量⼩封包的发送阻塞⽹络，从⽽提⾼⽹络应⽤效率。但是对于时延敏感的应⽤场景需要关闭该优化算法；
10.NIOEventLoopGroup 源码？ NioEventLoopGroup(其实是 MultithreadEventExecutorGroup) 内部维护⼀个类型为EventExecutor children [], 默认⼤⼩是处理器核数 * 2, 这样就构成了⼀个线程池，初始化EventExecutor 时 NioEventLoopGroup 重载newChild ⽅法，所以 children 元素的实际类型为NioEventLoop。 线程启动时调⽤ SingleThreadEventExecutor 的构造⽅法，执⾏NioEventLoop 类的 run ⽅法，⾸先会调⽤ hasTasks()⽅法判断当前 taskQueue 是否有元素。如果 taskQueue 中有元素，执⾏selectNow() ⽅法，最终执⾏ selector.selectNow()，该⽅法会⽴即返回。如果 taskQueue 没有元素，执⾏ select(oldWakenUp) ⽅法select ( oldWakenUp) ⽅法解决了 Nio 中的 bug， selectCnt ⽤来记录selector.select ⽅法的执⾏次数和标识是否执⾏过
selector.selectNow()，若触发了 epoll 的空轮询 bug，则会反复执⾏selector.select(timeoutMillis)，变量 selectCnt 会逐渐变⼤，当selectCnt 达到阈值（默认 512），则执⾏ rebuildSelector ⽅法，进⾏ selector 重建，解决 cpu 占⽤ 100%的 bug。rebuildSelector ⽅法先通过 openSelector ⽅法创建⼀个新的 selector。然后将 old selector 的selectionKey 执⾏ cancel。最后将 old selector 的channel 重新注册到新的 selector 中。rebuild 后，需要重新执⾏⽅法 selectNow，检查是否有已 ready 的 selection
Key。 接下来调⽤processSelectedKeys ⽅法（处理 I/O 任务），当 selectedKeys != null 时，调⽤processSelectedKeysOptimized ⽅法，迭代selectedKeys 获取就绪的 IO 事件的 selectkey 存放在数组 selectedKeys 中, 然后为每个事件都调⽤ processSelectedKey 来处理
它，processSelectedKey 中分别处理 OP_READ； OP_WRITE； OP_CONNECT 事件。 最后调⽤ runAllTasks ⽅法（⾮ IO 任务），该⽅法⾸先会调⽤ fetchFromScheduledTaskQueue⽅法，把 scheduledTaskQueue 中已经超过延迟执⾏时间的任务移到 taskQueue 中等待被执⾏，然后依次从 taskQueue 中取任务执⾏，每执⾏ 64 个任务，进⾏耗时检查，如果已执⾏时间超过预先设定的执⾏时间，则停⽌执⾏⾮ IO 任务，避免⾮ IO 任务太多，影响 IO 任务的执⾏。 每个 NioEventLoop 对应⼀个线程和⼀个 Selector，NioServerSocketChannel 会主动注册到某⼀个 NioEventLoop 的 Selector 上， NioEventLoop 负责事件轮询。Outbound 事件都是请求事件, 发起者是 Channel，处理者是 unsafe，通过 Outbound 事件进⾏通知，传播⽅向是 tail 到 head。 Inbound 事件发起者是unsafe，事件的处理者是Channel, 是通知事件，传播⽅向是从头到尾。 内存管理机制，⾸先会预申请⼀⼤块内存 Arena， Arena 由许多Chunk 组成，⽽每个 Chunk默认由 2048 个 page 组成。 Chunk 通过 AVL 树的形式组织 Page，每个叶⼦节点表⽰⼀个Page，⽽中间节点表⽰内存区域，节点⾃⼰记录它在整个 Arena 中的偏移地址。当区域被分配出去后，中间节点上的标记位会被标记，这样就表⽰这个中间节点以下的所有节点都已被分配了。⼤于 8k 的内存分配在 poolChunkList 中，⽽ PoolSubpage ⽤于分
配⼩于 8k 的内存，它会把⼀个 page 分割成多段，进⾏内存分配。 ByteBuf 的特点：⽀持⾃动扩容（ 4M），保证 put ⽅法不会抛出异常、通过内置的复合缓冲类型，实现零拷贝（ zero-copy）；不需要调⽤ flip()来切换读/写模式，读取和写⼊索引分开；⽅法链；引⽤计数基于AtomicIntegerFieldUpdater ⽤于内存回收； PooledByteBuf 采⽤⼆叉树来实现⼀个内存池，集中管理内存的分配和释放，不⽤每次使⽤都新建⼀个缓冲区对象。 UnpooledHeapByteBuf 每次都会新建⼀个缓冲区对象。
嗨，你好呀，未来的架构师，本⽂由Java架构师⾯试⽹收集整理并进⾏编辑发布，谢谢⼤家的⽀持~

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