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一、线程模型基本介绍
不同的线程模式，对程序的性能有很大影响，为了搞清Netty线程模式，我们来系统的讲解下各个线程模式，最后看看Netty 线程模型有什么优越性.目前存在的线程模型有：传统阻塞IO服务模型Reactor模式。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)
二、传统阻塞IO服务模型
2.1 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)
2.2 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
2.3 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
三、Reactor模式
3.1 完善传统阻塞I/O服务模型
解决方案：
- 基于IO 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：反应器模式、分发者模式(Dispatcher) 或 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。
3.2 Reactor模型原理图
基本思想是：IO复用+线程池
说明：
- 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)
- 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
- 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关键
3.3 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IO 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IO事件，处理程序执行非阻塞操作。
3.4 Reactor模式分类
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
四、单 Reactor 单线程
4.1 原理图
4.2 方案说明
- Select 是前面IO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
- 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
- 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
4.3 方案优缺点分析
4.3.1 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
4.3.2 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
- 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
4.3.3 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
五、单Reactor多线程
5.1原理图
5.2 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,则由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
5.3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、高并发场景下容易出现性能瓶颈
六、主从Reactor多线程
6.1 工作原理图
针对单 Reactor 多线程模型中，Reactor在单线程中运行，高并发场景下容易成为性能瓶颈的这个问题，可以让 Reactor 在多线程中运行。
6.2 方案说明
- Reactor主线程MainReactor对象通过 select 监听连接事件,收到事件后，通过Acceptor 处理连接事件
- 当Acceptor处理连接事件后，MainReactor将连接分配给SubReactor
- subreactor 将连接加入到连接队列进行监听,并创建handler进行各种事件处理
- 当有新事件发生时，subreactor就会调用对应的 handler 处理
- handler通过read读取数据，分发给后面的worker线程处理
- worker线程池分配独立的worker线程进行业务处理，并返回结果
- handler 收到响应的结果后，再通过send 将结果返回给client
- Reactor主线程可以对应多个Reactor子线程，即 MainRecator可以关联多个SubReactor
6.3 方案优缺点分析
6.3.1 优点
- 父线程与子线程的数据交互简单职责明确，父线程只需要接收新连接，子线程完成后续的业务处理。
- 父线程与子线程的数据交互简单，Reactor主线程只需要把新连接传给子线程，子线程无需返回数据。
6.3.2 缺点
- 编程复杂度较高
6.3.3 结合实例
这种模型在许多项目中广泛使用，包括Nginx主从 Reactor 多进程模型，Memcached主从多线程，Netty主从多线程模型的支持
七、Reactor模式小结
7.1 通过生活案例来理解
- 单Reactor单线程，前台接待员和服务员是同一个人，全程为顾客服
- 单 Reactor 多线程，1个前台接待员，多个服务员，接待员只负责接待
- 主从 Reactor多线程，多个前台接待员，多个服务生
7.2 Reactor模式的优点
- 响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然Reactor本身依然是同步的
- 可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销
- 扩展性好，可以方便的通过增加 Reactor实例个数来充分利用CPU资源
- 复用性好，Reactor模型本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性