一、NIO Reactor模型
1、Reactor模式思想：分而治之+事件驅動
1）分而治之
一個連接配接裡完整的網絡處理過程一般分為accept、read、decode、process、encode、send這幾步。
Reactor模式将每個步驟映射為一個Task，服務端線程執行的最小邏輯單元不再是一次完整的網絡請求，而是Task，且采用非阻塞方式執行。
2）事件驅動
每個Task對應特定網絡事件。當Task準備就緒時，Reactor收到對應的網絡事件通知，并将Task分發給綁定了對應網絡事件的Handler執行。
3）幾個角色
Reactor：負責響應事件，将事件分發給綁定了該事件的Handler處理；
Handler：事件處理器，綁定了某類事件，負責執行對應事件的Task對事件進行處理；
Acceptor：Handler的一種，綁定了connect事件。當用戶端發起connect請求時，Reactor會将accept事件分發給Acceptor處理。
2、單線程Reactor
所有I/O操作都由一個線程完成，即多路複用、事件分發和處理都是在一個Reactor線程上完成的
1）優點：
不需要做并發控制，代碼實作簡單清晰。
2）缺點：
a)不能利用多核CPU；
b)一個線程需要執行處理所有的accept、read、decode、process、encode、send事件，處理成百上千的鍊路時性能上無法支撐；
c)一旦reactor線程意外跑飛或者進入死循環，會導緻整個系統通信子產品不可用。
3、多線程Reactor
一個Acceptor負責接收請求，一個Reactor Thread Pool負責處理I/O操作
特點：
a)有專門一個reactor線程用于監聽服務端ServerSocketChannel，接收用戶端的TCP連接配接請求；
b)網絡IO的讀/寫操作等由一個worker reactor線程池負責，由線程池中的NIO線程負責監聽SocketChannel事件，進行消息的讀取、解碼、編碼和發送。
c)一個NIO線程可以同時處理N條鍊路，但是一個鍊路隻注冊在一個NIO線程上處理，防止發生并發操作問題。
4、主從多線程
一個Acceptor負責接收請求，一個Main Reactor Thread Pool負責連接配接，一個Sub Reactor Thread Pool負責處理I/O操作。
在絕大多數場景下，Reactor多線程模型都可以滿足性能需求；但是在極個别特殊場景中，一個NIO線程負責監聽和處理所有的用戶端連接配接可能會存在性能問題。
特點：
a)服務端用于接收用戶端連接配接的不再是個1個單獨的reactor線程，而是一個boss reactor線程池；
b)服務端啟用多個ServerSocketChannel監聽不同端口時，每個ServerSocketChannel的監聽工作可以由線程池中的一個NIO線程完成。
二、Netty線程模型
netty線程模型采用“服務端監聽線程”和“IO線程”分離的方式，與多線程Reactor模型類似。
抽象出NioEventLoop來表示一個不斷循環執行處理任務的線程，每個NioEventLoop有一個selector，用于監聽綁定在其上的socket鍊路。
1、串行化設計避免線程競争
netty采用串行化設計理念，從消息的讀取->解碼->處理->編碼->發送，始終由IO線程NioEventLoop負責。整個流程不會進行線程上下文切換，資料無并發修改風險。
一個NioEventLoop聚合一個多路複用器selector，是以可以處理多個用戶端連接配接。
netty隻負責提供和管理“IO線程”，其他的業務線程模型由使用者自己內建。
時間可控的簡單業務建議直接在“IO線程”上處理，複雜和時間不可控的業務建議投遞到後端業務線程池中處理。
2、定時任務與時間輪
NioEventLoop中的Thread線程按照時間輪中的步驟不斷循環執行：
a)在時間片Tirck内執行selector.select()輪詢監聽IO事件；
b)處理監聽到的就緒IO事件；
c)執行任務隊列taskQueue/delayTaskQueue中的非IO任務。
3、線程管理
Netty線程模型的卓越性能取決于它對目前執行的Thread的身份确定，也就是說，确定他是否是配置設定給目前Channel以及它的EventLoop的那個線程（通過調用inEventLoop(Thread)）。
為了確定一個Channel的整個生命周期中的I/O事件會被一個EventLoop負責，Netty通過inEventLoop()方法來判斷目前執行的線程的身份，确定它是否是配置設定給目前Channel以及它的EventLoop的那一個線程。如果目前（調用）線程正是EventLoop中的線程，那麼所送出的任務将會被直接執行，否則，EventLoop将排程該任務以便稍後執行，并将它放入内部的任務隊列（每個EventLoop都有它自己的任務隊列，從SingleThreadEventLoop的源碼就能發現很多用于排程内部任務隊列的方法），在下次處理它的事件時，将會執行隊列中的那些任務。這種設計可以讓任何線程與Channel直接互動，而無需在ChannelHandler中進行額外的同步。
從性能上來考慮，千萬不要将一個需要長時間來運作的任務放入到任務隊列中，它會影響到該隊列中的其他任務的執行。解決方案是使用一個專門的EventExecutor來執行它（ChannelPipeline提供了帶有EventExecutorGroup參數的addXXX()方法，該方法可以将傳入的ChannelHandler綁定到你傳入的EventExecutor之中），這樣它就會在另一條線程中執行，與其他任務隔離。
4、線程模型選擇
下面以服務端的配置為例，說明如何選擇不同的線程模型。
①單線程模型
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
......
以上示例中執行個體化了一個NIOEventLoopGroup，并傳入線程數量為1，然後調用ServerBootstrap的group方法綁定線程組，看實作：
@Override
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup group) {
return group(group, group);
}
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup) {
super.group(parentGroup);
if (childGroup == null) {
throw new NullPointerException("childGroup");
}
if (this.childGroup != null) {
throw new IllegalStateException("childGroup set already");
}
this.childGroup = childGroup;
return this;
}
從源碼可知，實際仍然綁定了 bossGroup 和 workerGroup，隻是都是同一個NioEventLoopGroup執行個體而已，這樣Netty中的acceptor和後續的所有用戶端連接配接的IO操作都是在一個線程中處理，這就相當于Reactor的單線程模型。
②多線程模型
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
......
建立1個線程的bossGroup線程組，這個線程負責處理用戶端的連接配接請求，而workerGroup預設使用處理器個數*2的線程數量來處理I/O操作。這就相當于Reactor的多線程模型。
③主從多線程模型
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(4);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
......
三、NioEventLoop與NioChannel類關系
一個NioEventLoopGroup下包含多個NioEventLoop
每個NioEventLoop中包含有一個Selector，一個taskQueue，一個delayedTaskQueue
每個NioEventLoop的Selector上可以注冊監聽多個AbstractNioChannel
每個AbstractNioChannel隻會綁定在唯一的NioEventLoop上
每個AbstractNioChannel都綁定有一個自己的DefaultChannelPipeline
四、NioEventLoop線程執行過程
1、輪詢監聽的IO事件
1）netty的輪詢注冊機制
netty将AbstractNioChannel内部的jdk類SelectableChannel對象注冊到NioEventLoopGroup中的jdk類Selector對象上去，并且将AbstractNioChannel作為SelectableChannel對象的一個attachment附屬上。
這樣在Selector輪詢到某個SelectableChannel有IO事件發生時，就可以直接取出IO事件對應的AbstractNioChannel進行後續操作。
2）循環執行阻塞selector.select(timeoutMIllis)操作直到以下條件産生
a)輪詢到了IO事件（selectedKey != 0）
b)oldWakenUp參數為true
c)任務隊列裡面有待處理任務（hasTasks()）
d)第一個定時任務即将要被執行（hasScheduledTasks()）
e)使用者主動喚醒（wakenUp.get()==true）
2、處理任務隊列
1）處理使用者産生的普通任務
NioEventLoop中的Queue<Runnable> taskQueue被用來承載使用者産生的普通Task。
taskQueue被實作為netty的mpscQueue，即多生産者單消費者隊列。netty使用該隊列将外部使用者線程産生的Task聚集，并在reactor線程内部用單線程的方式串行執行隊列中的Task。
當使用者在非IO線程調用Channel的各種方法執行Channel相關的操作時，比如channel.write()、channel.flush()等，netty會将相關操作封裝成一個Task并放入taskQueue中，保證相關操作在IO線程中串行執行。
2）處理使用者産生的定時任務
NioEventLoop中的Queue<ScheduledFutureTask<?>>delayedTaskQueue = new PriorityQueue被用來承載使用者産生的定時Task。
當使用者在非IO線程需要産生定時操作時，netty将使用者的定時操作封裝成ScheduledFutureTask，即一個netty内部的定時Task，并将定時Task放入delayedTaskQueue中等待對應Channel的IO線程串行執行。
為了解決多線程并發寫入delayedTaskQueue的問題，netty将添加ScheduledFutureTask到delayedTaskQueue中的操作封裝成普通Task，放入taskQueue中，通過NioEventLoop的IO線程對delayedTaskQueue進行單線程寫操作。
3）處理任務隊列的邏輯
a)将已到期的定時Task從delayedTaskQueue中轉移到taskQueue中
b)計算本次循環執行的截止時間
c)循環執行taskQueue中的任務，每隔64個任務檢查一下是否已過截止時間，直到taskQueue中任務全部執行完或者超過執行截止時間。
五、Netty中Reactor線程和worker線程所處理的事件
1、Server端NioEventLoop處理的事件
2、Client端NioEventLoop處理的事件