干货丨Java开发中Netty线程模型原理解析

落日映苍穹つ 2022-10-10 14:55 110阅读 0赞

Netty是Java领域有名的开源网络库具有高性能和高扩展性的特点，很多流行的框架都是基于它来构建。

Netty 线程模型不是一成不变的，取决于用户的启动参数配置。通过设置不同的启动参数Netty ,可同时支持 Reactor 单线程模型、多线程模型。

Netty线程模型就是Reactor模式的实现，如图：

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**一、线程组**

Netty抽象了两组线程池BossGroup和WorkerGroup，其类型都是NioEventLoopGroup，BossGroup用来接受客户端发来的连接WorkerGroup则负责对完成TCP三次握手的连接进行处理。

NioEventLoopGroup里面包含了多个NioEventLoop管理NioEventLoop的生命周期。每个NioEventLoop中包含了一个NIO Selector、一个队列、一个线程；其中线程用来做轮询注册到Selector上的Channel的读写事件和对投递到队列里面的事件进行处理。

**Boss NioEventLoop线程的执行步骤：**

（1）处理accept事件与client建立连接, 生成NioSocketChannel。

（2）将NioSocketChannel注册到某个worker NIOEventLoop上的selector

（3）处理任务队列的任务 即runAllTasks。

**Worker NioEventLoop线程的执行步骤：**

（1）轮询注册到自己Selector上的所有NioSocketChannel的read和write事件。

（2）2处理read和write事件在对应NioSocketChannel处理业务。

（3）\#runAllTasks处理任务队列TaskQueue的任务，一些耗时的业务处理可以放入TaskQueue中慢慢处理这样不影响数据在pipeline中的流动处理。

Worker NIOEventLoop处理NioSocketChannel业务时，使用了pipeline (管道)，管道中维护了handler处理器链表用来处理channel中的数据。

**二、ChannelPipeline**

Netty将Channel的数据管道抽象为ChannelPipeline，消息在ChannelPipline中流动和传递。ChannelPipeline持有I/O事件拦截器ChannelHandler的双向链表，由ChannelHandler对I/O事件进行拦截和处理，可以方便的新增和删除ChannelHandler来实现不同的业务逻辑定制不需要对已有的ChannelHandler进行修改能够实现对修改封闭和对扩展的支持。

ChannelPipeline是一系列的ChannelHandler实例，流经一个Channel的入站和出站事件可以被ChannelPipeline 拦截。每当一个新的Channel被创建了，都会建立一个新的ChannelPipeline并绑定到该Channel上，这个关联是永久性的；Channel既不能附上另一个ChannelPipeline也不能分离当前这个。这些都由Netty负责完成，而无需开发人员的特别处理。

根据起源一个事件将由ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler处理，ChannelHandlerContext实现转发或传播到下一个ChannelHandler。

一个ChannelHandler处理程序可以通知ChannelPipeline中的下一个ChannelHandler执行。Read事件（入站事件）和write事件（出站事件）使用相同的pipeline，入站事件会从链表head 往后传递到最后一个入站的handler出站事件会从链表tail往前传递到最前一个出站的 handler，两种类型的 handler 互不干扰。

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ChannelInboundHandler回调方法：

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ChannelOutboundHandler回调方法：

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**三、异步非阻塞**

**写操作：**通过NioSocketChannel的write方法向连接里面写入数据时候是非阻塞的，马上会返回即使调用写入的线程是我们的业务线程。

Netty通过在ChannelPipeline中判断调用NioSocketChannel的write的调用线程是不是其对应的NioEventLoop中的线程，如果发现不是则会把写入请求封装为WriteTask投递到其对应的NioEventLoop中的队列里面，然后等其对应的NioEventLoop中的线程轮询读写事件时候，将其从队列里面取出来执行。

**读操作：**当从NioSocketChannel中读取数据时候并不是需要业务线程阻塞等待，而是等NioEventLoop中的IO轮询线程发现Selector上有数据就绪时，通过事件通知方式来通知业务数据已就绪，可以来读取并处理了。

每个NioSocketChannel对应的读写事件都是在其对应的NioEventLoop管理的单线程内执行，对同一个NioSocketChannel不存在并发读写，所以无需加锁处理。

使用Netty框架进行网络通信时，当我们发起I/O请求后会马上返回，而不会阻塞我们的业务调用线程；如果想要获取请求的响应结果，也不需要业务调用线程使用阻塞的方式来等待，而是当响应结果出来的时候，使用I/O线程异步通知业务的方式，所以在整个请求 -> 响应过程中业务线程不会由于阻塞等待而不能干其他事情。

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