Netty学习之Netty模型和Reactor模式

前言

所谓Netty框架，无非就是一种事件处理的方式。那么，在了解Netty框架前，我们需要介绍下用来进行事件处理的线程模型。

线程模型

数据报如何进行读取，读取后的编解码该在哪个线程中运行，编解码得到的信息该如何分发，这都需要依赖于线程模型，不同的线程模型，对事件处理的性能也有很大不同。

事件处理一般有两种思路：
1.轮询方式：通过对事件源不断的轮询访问，来获知实践并调用相关处理逻辑进行处理。
2.事件驱动方式：当发生事件时，将事件源放入队列中或容器中，通过监听器接收通知的对象，再调用相应的事件处理程序进行逻辑处理。

例子：
去餐厅吃饭，发现暂时没位置：
1.轮询方式:每过一段时间，就返回餐厅看看是否有空位。
2.事件驱动：给服务员留下号码，通过服务员来监听是否有空位，一旦有空位就打电话让你来。

这里借用 O’Reilly 大神关于事件驱动模型解释图：

那么有人要问了，这和Netty有什么关系呢？
先不急，接着往下看，接下来我们要介绍的Reactor三种模型就是基于该事件驱动模型的变形。

Reactor模型

Reactor 是反应堆的意思，Reactor 模式也叫 Dispatcher 模式，即 I/O 多了复用统一监听事件，收到事件后分发(Dispatch 给某进程)，是编写高性能网络服务器的必备技术之一。

Reactor 模型中有 2 个关键组成：

1）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；

2）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。

Reactor模型又可以细分为以下三种模型：

1. 单Reactor单线程模型

Reactor单线程模型，指的是所有的I/O操作都在同一个NIO线程上面完成，

Reactor线程负责多路分离套接字，使用Acceptor建立新连接，并分派请求到处理器链中。该模型适用于处理器链中业务处理组件能快速完成的场景。所有操作都只用一个线程。

不过，这种单线程模型不能充分利用多核资源，所以实际使用的不多。

2. 单Reactor多线程模型

单Reactor多线程通过使用一个专门的NIO线程–acceptor线程用于监听服务端。
而接收客户端的TCP连接请求并且处理请求的Handler使用多线程进行管理，分发到线程池中，更好的利用多核CPU的优势，提升性能。

但由于还是只是使用单个Reactor，所以在高并发的场景中还是会有性能瓶颈。

3. 主从Reactor多线程模型

主从Reactor多线程服务端用于接收客户端连接的不再是1个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。Acceptor接收到客户端TCP连接请求处理完成后（可能包含接入认证等），将新创建的SocketChannel注册到I/O线程池（sub reactor线程池）的某个I/O线程上，由它负责SocketChannel的读写和编解码工作。

主从 Reactor 多线程模型有多个 Reactor：
1）MainReactor 负责客户端的连接请求，并将请求转交给 SubReactor；

2）SubReactor 负责相应通道的 IO 读写请求；

3）非 IO 请求（具体逻辑处理）的任务则会直接写入队列，等待 worker threads 进行处理。

这里引用 Doug Lee 大神的 Reactor 介绍——Scalable IO in Java 里面关于主从 Reactor 多线程模型的图：

特别说明的是：虽然 Netty 的线程模型基于主从 Reactor 多线程，借用了 MainReactor 和 SubReactor 的结构。但是实际实现上 SubReactor 和 Worker 线程在同一个线程池中。

上图简化如下：

实际上就是通过一个MainReactor来负责连接和分发，通过SubReactor来调用Handler来进行读写操作。非IO操作则直接放入worker中处理。

稍微了解过Netty模型的大神们，看到这里有没有觉得很熟悉呢？是的，这就是Netty模型的最初思路来源，而Netty框架也是基于多Reactor多线程模型进行设计的，只是做了些小改动，Netty框架图如下：

其实这里的Boss Group就相当于MainReactor,而Worker Group就相当于SubReactor。

好啦，关于Netty框架的由来以及大致结构先介绍到这里，而关于Netty框架中的不同模块组件的具体功能（例如NioEventLoop，ChannelHandler），请移步该博客：
Netty学习之模块组件
https://blog.csdn.net/weixin_43896829/article/details/114600287

主从Reactor多线程优缺点

优点：
父线程和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。
父线程和子线程的数据交互简单，Reactor主线程只需要把新连接传递给子线程，子线程无需返回数据。

缺点：
要求编程能力更高。

而Netty框架，便是基于主从Reactor多线程。