Getty

一个完全基于 Java 实现的高性能网络框架。

A high-performance networking framework based entirely on Java implementations.

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Copyright 2019 gogym gong

Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); you may not use this file except in compliance with the License. You may obtain a copy of the License at

http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

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简介 / Brief Introduction

Getty 是一个完全基于 Java NIO/AIO 封装的高性能网络框架，同时支持 AIO（NIO2）和 NIO 两种 I/O 模型。

Getty is a high-performance networking framework based entirely on Java NIO/AIO, supporting both AIO (NIO2) and NIO I/O models.

• 可在生产项目中使用，也可以帮助你深入理解 Java NIO/AIO 的底层原理
• 完全开源，基于 Apache License 2.0 开源协议
• 降低 Java Socket NIO 的学习成本，提高工作效率

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整体架构 / Architecture

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     用户业务代码                               │
│         继承 SimpleChannelInboundHandler 实现业务逻辑          │
├──────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                  Pipeline 责任链层                             │
│   SSLHandler → Decoder → BusinessHandler → Encoder            │
│   入站: head → tail（next 方向）                               │
│   出站: tail → head（prev 方向）→ writeToSocket               │
├──────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                  Channel 通道层                                │
│   AioChannel / NioChannel / UdpChannel                        │
│   统一 API: writeAndFlush / close / starRead                  │
├──────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                  I/O 模型层                                    │
│   AIO: AsynchronousSocketChannel + CompletionHandler          │
│        + 共享写线程组（AioWriteThreadGroup）                    │
│   NIO: SocketChannel + Selector + NioEventLoop                │
│   UDP: DatagramChannel + Selector                             │
├──────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                  内存管理层                                     │
│   三级池: PoolThreadCache → PoolArena → PoolChunk              │
│   零拷贝: slice / asByteBuffer / readArray                     │
│   引用计数: retain / release 自动归还                          │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘

模块组成 / Modules

模块	说明
getty-core	核心引擎：通道管理、三级内存池、事件循环、责任链管道、SSL、工具集
getty-expansion	可插拔扩展：HTTP / WebSocket / MQTT / Protobuf / 字符串编解码、心跳保活、断线重连、IP 过滤、流量统计
getty-example	使用示例：字符串、HTTP、WebSocket、MQTT、Protobuf 等场景演示

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Getty 的特点 / Features

AIO / NIO 双模型

Getty 同时支持 Java AIO 和 NIO 两种 I/O 模型，通过不同的 Starter 一行代码切换：

特性	AIO 模型	NIO 模型
底层通道	AsynchronousSocketChannel	SocketChannel + Selector
读驱动	OS 回调 CompletionHandler	EventLoop select 轮询
写驱动	共享写线程组 AioWriteThreadGroup	EventLoop OP_WRITE
适用场景	高并发长连接（万级+）	中等并发、精细控制

AIO 共享写线程组： 单个写线程管理多个 Channel，AIO 的 channel.write() 异步提交，OS 并行写出。默认 4 个写线程足以支撑万级连接，无数据时 park 阻塞，零 CPU 空转。

NIO EventLoop： 读缓冲区在 EventLoop 级别复用，selectedKeys 采用 toArray + clear 模式避免迭代器分配，SelectedSelector 自动检测修复空轮询 bug。

三级内存池

PoolThreadCache（L1 线程本地缓存）
    ↓ 未命中
PoolArena（L2 区域管理器）
    ↓ 未命中
PoolChunk（L3 二叉树内存块，默认 16MB）

• 同线程分配 ~0ns，无锁竞争
• 跨线程释放走 MPSC 无锁队列，~5ns CAS 延迟
• 二叉树 O(log N) 分配/释放，低碎片
• 引用计数 retain/release 归零自动归还池

责任链管道（Pipeline）

入站（读）:  head → Decoder → SSLHandler → BusinessHandler → tail
出站（写）:  tail → BusinessHandler → SSLHandler → Encoder → head → writeToSocket

• 双向链表结构，编解码自然分层
• 热插拔处理器，运行时动态增删
• 统一事件分发，ChannelState 枚举驱动
• SSL 即插即用，加到链首即自动加解密

// 3 行代码搭建完整通信管道
channel.getChannelPipeline()
    .addLast(new MyDecoder())         // 入站解码
    .addLast(new MyEncoder())         // 出站编码
    .addLast(new MyBusinessHandler()); // 业务逻辑

极致性能

优化点	实现方式	效果
三级内存池	ThreadCache → Arena → Chunk	同线程 ~0ns，无锁竞争
无锁 MPSC 回收	跨线程释放走 CAS 队列	~5ns，零对象分配
零拷贝	slice / asByteBuffer / readArray	避免数据拷贝，减少 GC
Gathering Write	channel.write(ByteBuffer[]) 批量写出	减少系统调用
writeViews 预分配	ByteBuffer[] 复用，双倍扩容	零分配批量写出
volatile 标志优化	writeInterestSet 跳过 interestOps	~200ns → ~2ns
时间轮定时器	HashedWheelTimer O(1) 调度	高效心跳/超时检测
SelectedSelector	检测修复 Selector 空轮询 bug	避免 CPU 100%

统一通道抽象

AbstractSocketChannel 屏蔽 AIO / NIO / UDP 差异，上层面向统一 API 编程：

• writeAndFlush(obj) — 经管道编码后写出
• close() — 安全关闭，触发监听器
• getChannelPipeline() — 获取责任链管道
• getChannelAttribute() — 通道属性绑定

丰富的协议扩展（getty-expansion）

所有扩展以 Pipeline Handler 形式装配，addLast(new XxxHandler()) 即可启用：

协议/功能	处理器	说明
字符串帧	DelimiterFrameDecoder / FixedLengthFrameDecoder	分隔符/定长帧分割
HTTP	HttpRequestDecoder / HttpResponseEncoder	完整 HTTP 协议栈
WebSocket	WebSocketDecoder / WebSocketEncoder	RFC 6455 + Hixie-76
MQTT	MqttDecoder / MqttEncoder	MQTT 3.1.1 完整报文
Protobuf	ProtobufDecoder / ProtobufEncoder	Varint32 长度帧 + 编解码
心跳保活	IdleStateHandler + HeartBeatTimeOutHandler	时间轮 O(1) 空闲检测
断线重连	ReConnectHandler	AIO/NIO 双模式，线性递增延迟
IP 过滤	IpFilterRuleHandler	预计算 long 值段范围匹配
流量统计	ChannelTrafficShapingHandler	AtomicLong 计数器 + 定时回调

其他特性

• TCP + UDP 统一支持，使用方式几乎相同
• Android 兼容：可直接在 Android 4.4+ 环境使用
• 零第三方依赖：Base64、MD5、时间轮等基础工具全部自研
• 使用方式与 Netty 高度相似，有 Netty 经验几乎无需额外学习

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快速开始 / Quick Start

Maven

在项目的 pom.xml 的 dependencies 中加入依赖：

<dependency>
    <groupId>com.gettyio</groupId>
    <artifactId>getty-core</artifactId>
    <version>3.0.0</version>
</dependency>

<!-- 可选：协议编解码扩展 -->
<dependency>
    <groupId>com.gettyio</groupId>
    <artifactId>getty-expansion</artifactId>
    <version>3.0.0</version>
</dependency>

Gradle

implementation 'com.gettyio:getty-core:3.0.0'
implementation 'com.gettyio:getty-expansion:3.0.0'

AIO 服务端

AioServerStarter server = new AioServerStarter(8888);
server.channelInitializer(channel -> {
    channel.getChannelPipeline()
        .addLast(new StringDecoder())
        .addLast(new StringEncoder())
        .addLast(new SimpleChannelInboundHandler<String>() {
            @Override
            public void channelRead0(AbstractSocketChannel ch, String msg) {
                ch.writeAndFlush("echo: " + msg);
            }
        });
});
server.start();

NIO 客户端

NioClientStarter client = new NioClientStarter("127.0.0.1", 8888);
client.channelInitializer(channel -> {
    channel.getChannelPipeline()
        .addLast(new StringDecoder())
        .addLast(new StringEncoder())
        .addLast(new SimpleChannelInboundHandler<String>() {
            @Override
            public void channelRead0(AbstractSocketChannel ch, String msg) {
                System.out.println("received: " + msg);
            }
        });
});
client.start();

UDP 通道

NioServerStarter server = new NioServerStarter(9999);
server.socketMode(SocketMode.UDP);
server.channelInitializer(channel -> {
    channel.getChannelPipeline()
        .addLast(new MyUdpHandler());
});
server.start();

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写这个框架的原因 / Why Getty

1. 作为一名程序员，平时喜欢写代码，特别是网络编程方面。

2. JDK 提供了强大的 NIO 类库，并且提供了与 UNIX 网络编程事件驱动 I/O 对应的 AIO，使得实现一套网络通讯框架变得相对简单。

3. 作者喜欢 Netty，无论是其性能还是编程思想（JBOSS 提供的一个 Java 开源网络框架，提供了稳定和强大的性能）。

4. 有了 Netty 为何还要自己造轮子？其一是作者喜欢造轮子。其二，Netty 经过多年的发展，其生态体系已经比较庞大，代码比较臃肿，再者其高深的设计哲学很难悟其精髓。因而索性造一个轻量、易懂的版本。

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更多详情与文档 / Documentation

更多详情，请点击 wiki：wiki

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Bug 反馈与建议 / Issues

• 码云 Gitee issue
• Github issue

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许可证 / License

Copyright 2019 gogym gong

Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
you may not use this file except in compliance with the License.
You may obtain a copy of the License at

    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

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WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
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作者 / Author

gogym gong

email: 189155278@qq.com

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