简略记录Reactor以及与Netty之间的关系

今天是2020年2月2号，感觉是一个比较特殊的日子，今天就来一篇记录型的博客吧，哈哈

起初很好奇，到底什么叫Reactor模式，这个名词感觉特别高大上，然后看描述，虽然能看懂描述，但是却不是特别明白到底是什么意思。这个时候主要是没有形成一种直观的印象，直观的印象就是比如说苹果，再给你看个实物，你就能把苹果与关联起来。在学习netty的时候，也遇到了Reactor模式，于是有了机会来形成一种比较直观的印象。

什么是Reactor模式？

定义看起来很抽象，但是其实很好理解。**它是一种开发模式，模式的核心流程：注册感兴趣的事件 -> 扫描是否有感兴趣的事件发生 -> 事件发生后做出相应的处理。**仅此而已。使用BIO开发的时候，每有一个新的请求过来了，都会新开一个线程，然后在新的线程里面进行业务处理，这种处理方式就是Thread-Per-Connection；

所以对应起来，使用NIO开发的时候，也有一个模式去处理相应的请求与业务逻辑，叫做Reactor模式。至于具体怎么做，也就是前面提到的Reactor模式的核心流程。

Reactor模式的3种版本

开始这个之前我有一个疑问：Thread-Per-Connection与Reactor单线程有什么关系？

Thread-Per-Connection模式

示意图：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9tyrEyYU-1580657917209)(https://gitee.com/sasurai/pics/raw/master/mac/20200201181549.png)]

伪代码：

Reactor单线程模式

从这张图里面看不懂其执行流是什么样的。待后续理解了再补上解读。

Reactor多线程模式

主从Reactor多线程模式

对服务器开发来说，很重要的事情是接收连接，accept事件会被单独注册到另外一个reactor中。

在Netty中如何实现Reactor三种模式

其中单线程和非主从reactor多线程模式的差别只在于new的时候传入的线程数量，不传的话，会默认以CPU的核数为依据来确定最终的线程数。

Netty 如何支持主从 Reactor 模式

以netty项目源代码（分支4.1）中netty-example模块的EchoServer为例。

保存

它是一个主从reactor多线程模式，其中bossGroup负责accept事件，workerGroup负责逻辑处理。

在①中，分别将两个EventLoopGroup传入到ServerBootstrap中，并将这两个EventLoopGroup保存起来。

步骤②执行的保存逻辑如下：

步骤③即已保存完毕。保存起来之后，什么时候使用呢？

将channel注册到parentGroup

先看parentGroup的使用过程，找到使用了group这个变量的地方Ctrl + B：

进去之后，是一个类似于普通getter方法

只有一个地方调用，名称也叫group()，所以还可以继续往上看调用者

然后使用Ctrl + Alt + H查看该group()方法的调用者：

在initAndRegister()中可以找到将channel（即ServerSocketChannel）注册到该EventLoopGroup的代码，如下：

绑定完毕。

将channel注册到childGroup

找到使用了childGroup这个变量的地方Ctrl + B：

只有个地方使用到了该childGroup，并改名成了currentChildGroup。

①改名，②将childGroup作为一个变量，传入ServerBootstrapAcceptor中。ServerBootstrapAcceptor继承自ChannelInboundHandlerAdapter，其覆盖了父类的channelRead()方法，其中将新进来的channel注册到childGroup中。

也就是说，新进来的连接，即SocketChannel，都会被注册到childGroup中。

新连接建立进行哪些初始化

回到上面的init()方法中提出的，它是何时被调用的这个问题中。

它是AbstractBootstrap抽象类中的一个抽象方法，有两个类继承自AbstractBootstrap，分别是Bootstrap和ServerBootstrap。调用init()方法的地方只有一个，即initAndRegister()中。

其中传入init()的channel为ServerSocketChannel，其大致过程：

当服务端即EchoServer启动的时候，会为ServerSocketChannel的pipeline添加一个ServerBootstrapAcceptor，所以每当有来自客户端的请求时，都会首先经过ServerBootstrapAcceptor，让它先处理，而它的处理内容就是将SocketChannel注册到childGroup中。

为什么说 Netty 的 main reactor 大多并不能用到一个线程组，只能线程组里面的一个？

因为服务端只会启动一次，只有在启动过程中去绑定端口号时才会将ServerSocketChannel绑定到main reactor上。所以这时候要从initAndRegister的调用者逐级往上查看，如下；

public ChannelFuture bind(InetAddress inetHost, int inetPort) {
    return bind(new InetSocketAddress(inetHost, inetPort));
}

public ChannelFuture bind(SocketAddress localAddress) {
    validate();
    return doBind(ObjectUtil.checkNotNull(localAddress, "localAddress"));
}

private ChannelFuture doBind(final SocketAddress localAddress) {
    final ChannelFuture regFuture = initAndRegister();
    final Channel channel = regFuture.channel();
    ...
}

final ChannelFuture initAndRegister() {
    Channel channel = null;
    try {
        channel = channelFactory.newChannel();
        // 设置新接入连接的SocketChannel注册到sub reactor
        init(channel);
    } catch (Throwable t) {
        ...
    }
    // 注册ServerSocketChannel到main reactor
    ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);
    ...
}

所以一个ServerSocketChannel只会注册到一个group中。但还是个疑问，是与EventLoopGroup相关的，留待后续再来回答。这个问题的意思是说，只能用线程组里面的一个线程，为什么？为什么不能多个线程？下面这个问题可以回答这个疑问！

Netty 给 Channel 分配 NIO event loop 的规则是什么

从initAndRegister()中的config().group().register(channel)代码出发，也就是ServerSocketChannel注册到main reactor中的那段代码（参见上面）。

// 从register方法进入
ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);

// 进入EventLoopGroup.java，它是一个接口。
// NIO选MultithreadEventLoopGroup的实现
ChannelFuture register(Channel channel);

@Override
public ChannelFuture register(Channel channel) {
    return next().register(channel);
}

@Override
public EventLoop next() {
    return (EventLoop) super.next();
}

// 进入父类的next()实现中
@Override
public EventExecutor next() {
    return chooser.next();
}

// 进入chooser的next()方法，发现这个chooser是一个接口类型
private final EventExecutorChooserFactory.EventExecutorChooser chooser;
public interface EventExecutorChooserFactory {
    EventExecutorChooser newChooser(EventExecutor[] executors);
    @UnstableApi interface EventExecutorChooser {
        EventExecutor next();
    }
}

// chooser的初始化是根据传入的线程数决定的
// 在MultithreadEventExecutorGroup的构造函数中
children = new EventExecutor[nThreads];
// 需要多少个线程，就有多少个EventExecutor，它初步与Thread等价
chooser = chooserFactory.newChooser(children);

所以chooser.next()返回的是一个等价于Thread的对象，也就是说这个ServerSocketChannel只会在这个Thread中进行接收。其中的chooser就是根据线程数的个数，来选取一个线程分配给register进来的ServerSocketChannel。具体分配策略：

// next()是一个抽象方法，它的具体实现有两种
public EventExecutorChooser newChooser(EventExecutor[] executors) {
    if (isPowerOfTwo(executors.length)) {
        return new PowerOfTwoEventExecutorChooser(executors);
    } else {
        return new GenericEventExecutorChooser(executors);
    }
}

// 判断是否为2的幂的简便方法
private static boolean isPowerOfTwo(int val) {
    return (val & -val) == val;
}

private static final class PowerOfTwoEventExecutorChooser implements EventExecutorChooser {
    private final AtomicInteger idx = new AtomicInteger();
    private final EventExecutor[] executors;

    PowerOfTwoEventExecutorChooser(EventExecutor[] executors) {
        this.executors = executors;
    }

    @Override
    public EventExecutor next() {
        return executors[idx.getAndIncrement() & executors.length - 1];
    }
}

private static final class GenericEventExecutorChooser implements EventExecutorChooser {
    private final AtomicInteger idx = new AtomicInteger();
    private final EventExecutor[] executors;

    GenericEventExecutorChooser(EventExecutor[] executors) {
        this.executors = executors;
    }

    @Override
    public EventExecutor next() {
        return executors[Math.abs(idx.getAndIncrement() % executors.length)];
    }
}

至此，上面的那个疑问算是有了一个答案。