Netty的原理

川长思鸟来 2023-07-13 12:13 127阅读 0赞

## Netty的原理 ##

Netty是什么呢？Netty是JBoss出品的高效的Java NIO开发框架。

## Reactor模式 ##

Netty使用了Reactor模式，包括三种模式：

1.  Reactor单线程模型
2.  Reactor多线程模型
3.  主从多线程模型

实际上的Reactor模式，是基于Java NIO的，在他的基础上，抽象出来两个组件——Reactor和Handler两个组件：

1.  Reactor：负责响应IO事件，当检测到一个新的事件，将其发送给相应的Handler去处理；新的事件包含连接建立就绪、读就绪、写就绪等。
2.  Handler：将自身（handler）与事件绑定，负责事件的处理，完成channel的读入，完成处理业务逻辑后，负责将结果写出channel。
3.  Acceptor：接受客户端的请求，也可以看做一个Handler。

#### Reactor单线程模型 ####

只有一个线程完成所有事情，包括接收客户端的TCP连接请求、监听事件、进行读取和写入套接字数据等。  
![在这里插入图片描述][20200313171039917.png]

对于一些小容量应用场景，可以使用单线程模型。但是对于高负载、大并发的应用却不合适，主要原因如下：

1.  性能有极限，不能处理成百上千的事件 ，即便NIO线程的CPU负荷达到100%，也无法满足海量消息的编码、解码、读取和发送；
2.  当NIO线程负载过重之后，性能将会下降，这会导致大量客户端连接超时，超时之后往往会进行重发，这更加重了NIO线程的负载，最终会导致大量消息积压和处理超时，NIO线程会成为系统的性能瓶颈；
3.  可靠性问题：一旦NIO线程的某一个事件处理器（handle）发送故障或者阻塞时，会使其他所有的handle都不能进行，而且acceptor也会阻塞住，也就是说，整个系统通信模块都不可用，不能接收和处理外部消息，造成节点故障。

为了解决这些问题，演进出了Reactor多线程模型。

#### Reactor多线程模型： ####

Rector多线程模型与单线程模型最大的区别就是：有一个线程池处理真实的IO操作，也就是说，**将诸多handle放入线程池中进行IO操作，而acceptor、reactor还是单线程，接受客户端的TCP连接请求。**  
![在这里插入图片描述][20200313171119132.png]

Reactor多线程模型的特点：

1.  有专门一个NIO线程-Acceptor线程用于监听服务端，接收客户端的TCP连接请求；
2.  网络IO操作-读（handler）、写等由一个NIO线程池负责，它包含一个任务队列和N个可用的线程，由这些NIO线程负责消息的读取、解码、编码和发送；
3.  1个NIO线程可以同时处理N条链路，但是1个链路只对应1个NIO线程，防止发生并发操作问题。

在绝大多数场景下，Reactor多线程模型都可以满足性能需求；但是，在极特殊应用场景中，一个NIO线程负责监听和处理所有的客户端连接可能会存在性能问题。

例如百万客户端并发连接，或者服务端需要对客户端的握手消息进行安全认证，认证本身非常损耗性能。在这类场景下，单独一个Acceptor线程可能会存在性能不足问题，为了解决性能问题，产生了第三种Reactor线程模型-主从Reactor多线程模型。

#### 主从Reactor多线程模型 ####

主从Reactor线程模型与Reactor多线程模型的最大区别就是：有一个主reactor监听连接，多个从reactor监听读写事件。也就是说，**将一个Reactor分为主从两种，分别负责监听连接事件和读写事件。**

这里MainReactor只有一个，但是subReactor可以有多个。

MainReactor会监控Acceptor线程池，而subReactor会监控Handler线程池。

Acceptor线程池只用于客户端的登录、握手和安全认证，一旦链路建立成功，就将链路注册到后端subReactor线程池的I/O线程上，有I/O线程负责后续的I/O操作。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc1MTcxMA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

即从多线程模型中由一个线程来**监听连接事件和数据读写事件**，拆分为一个线程监听连接事件，**线程池的多个线程监听已经建立连接的套接字的数据读写事件**，另外和多线程模型一样有专门的线程池处理真正的IO操作。

## Netty的模式 ##

说完Reacotr模型的三种形式，那么Netty是哪种呢？

其实，还有一种Reactor模型的变种，那就是去掉线程池的第三种形式的变种，这也 是Netty NIO的默认模式。  
在实现上，Netty中的Boss类充当mainReactor，NioWorker类充当subReactor（默认 NioWorker的个数是Runtime.getRuntime().availableProcessors()）。在处理新来的请求 时，NioWorker读完已收到的数据到ChannelBuffer中，之后触发ChannelPipeline中的ChannelHandler流。

1.  EventLoopGroup就相当于是Reactor，bossGroup对应主Reactor,workerGroup对应从Reactor
2.  TimeServerHandler就是Handler
3.  child开头的方法配置的是客户端channel，非child开头的方法配置的是服务端channel

NioEventLoop是Netty的Reactor线程，它在Netty Reactor线程模型中的职责如下：

1.  作为服务端Acceptor线程，负责处理客户端的请求接入
2.  作为客户端Connecor线程，负责注册监听连接操作位，用于判断异步连接结果
3.  作为IO线程，监听网络读操作位，负责从SocketChannel中读取报文
4.  作为IO线程，负责向SocketChannel写入报文发送给对方，如果发生写半包，会自动注册监听写事件，用于后续继续发送半包数据，直到数据全部发送完成  
    如下图，是一个NioEventLoop的处理链：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzc1MTcxMA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
注意：

*  handler处理链中的处理方法是串行化执行的
 *  一个客户端连接只注册到一个NioEventLoop上，避免了多个IO线程并发操作
 *  Netty中模式具体是怎样的

原文链接：https://blog.csdn.net/qq\_18603599/article/details/80768390

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