netty线程模型

1：目前存在的线程模型有：

• 传统阻塞 I/O 服务模型
• Reactor 模式

2：根据 Reactor 的数量和处理资源池线程的数量不同，有 3 种典型的实现

• 单 Reactor 单线程；
• 单 Reactor 多线程；
• 主从 Reactor 多线程

Netty 线程模式(Netty 主要基于主从 Reactor 多线程模型做了一定的改进，其中主从 Reactor 多线程模型有多个 Reactor)

一：传统阻塞 I/O 服务模型

工作原理图

• 黄色的框表示对象， 蓝色的框表示线程
• 白色的框表示方法(API)

  

模型特点

采用阻塞IO模式获取输入的数据

每个连接都需要独立的线程完成数据的输入，业务处理,数据返回

问题分析

当并发数很大，就会创建大量的线程，占用很大系统资源

连接创建后，如果当前线程暂时没有数据可读，该线程会阻塞在read 操作，造成线程资源浪费

针对传统阻塞 I/O 服务模型的 2 个缺点，解决方案：

• 基于 I/O 复用模型：多个连接共用一个阻塞对象，应用程序只需要在一个阻塞对象等待，无需阻塞等待所有连接。当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理Reactor 对应的叫法: 1. 反应器模式 2. 分发者模式(Dispatcher) 3. 通知者模式(notifier)
• 基于线程池复用线程资源：不必再为每个连接创建线程，将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理，一个线程可以处理多个连接的业务。
• reactor模型如下：

  

二：Reactor 模式

I/O 复用结合线程池，就是 Reactor 模式基本设计思想，如图：

说明:

• 1：Reactor 模式，通过一个或多个输入同时传递给服务处理器的模式(基于事件驱动)
• 2：服务器端程序处理传入的多个请求,并将它们同步分派到相应的处理线程， 因此Reactor模式也叫 Dispatcher模式
• 3：Reactor 模式使用IO复用监听事件, 收到事件后，分发给某个线程(进程), 这点就是网络服务器高并发处理的关键

三：单 Reactor 单线程

Reactor 模式中 核心组成

• Reactor：Reactor 在一个单独的线程中运行，负责监听和分发事件，分发给适当的处理程序来对 IO 事件做出反应。 它就像公司的电话接线员，它接听来自客户的电话并将线路转移到适当的联系人；
• Handlers：处理程序执行 I/O 事件要完成的实际事件，类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。Reactor 通过调度适当的处理程序来响应 I/O 事件，处理程序执行非阻塞操作。

方案说明：

• 1：Select 是前面 I/O 复用模型介绍的标准网络编程 API，可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求
• 2：Reactor 对象通过 Select 监控客户端请求事件，收到事件后通过 Dispatch 进行分发
• 3：如果是建立连接请求事件，则由 Acceptor 通过 Accept 处理连接请求，然后创建一个 Handler 对象处理连接完成后的后续业务处理
• 4：如果不是建立连接事件，则 Reactor 会分发调用连接对应的 Handler 来响应
• 5：Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程

方案优缺点分析：

• 优点：模型简单，没有多线程、进程通信、竞争的问题，全部都在一个线程中完成
• 缺点：性能问题，只有一个线程，无法完全发挥多核 CPU 的性能。Handler 在处理某个连接上的业务时，整个进程无法处理其他连接事件，很容易导致性能瓶颈
• 缺点：可靠性问题，线程意外终止，或者进入死循环，会导致整个系统通信模块不可用，不能接收和处理外部消息，造成节点故障
• 使用场景：客户端的数量有限，业务处理非常快速，比如 Redis在业务处理的时间复杂度 O(1) 的情况

四：单 Reactor 多线程

工作原理示意图

方案说明：

• Reactor 对象通过select 监控客户端请求事件, 收到事件后，通过dispatch进行分发
• 如果建立连接请求, 则右Acceptor 通过accept 处理连接请求, 然后创建一个Handler对象处理完成连接后的各种事件
• 如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对应的handler 来处理
• handler 只负责响应事件，不做具体的业务处理, 通过read 读取数据后，会分发给后面的worker线程池的某个线程处理业务
• worker 线程池会分配独立线程完成真正的业务，并将结果返回给handler
• handler收到响应后，通过send 将结果返回给client

方案优缺点分析：

• 优点：可以充分的利用多核cpu 的处理能力
• 缺点：多线程数据共享和访问比较复杂， reactor 处理所有的事件的监听和响应，在单线程运行， 在高并发场景容易出现性能瓶颈.