在学习Netty线程模式之前，我们先了解一下其他线程模型，然后再引申出我们的Netty

一、线程模式基本介绍

1. 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。
2. 目前存在的线程模型有：传统阻塞 I/O 服务模型 Reactor 模式
3. 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

4. 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）

注：Reactor反应器

二、传统阻塞I/O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模型获取输入的数据
     - 每个链接都需要独立的线程完成数据的输入，业务处理，返回数据

2.3、问题分析

     - 当并发数很大，机会创建大量的线程，占用很大系统资源
     - 链接创建后，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 模型

针对传统阻塞I/O服务模型的2个缺点，解决方案

1. 基于**I/O**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）
     - 通知者模式（notifier）
   

2. 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。

3.1、I/O 复用结合线程池，就是 Reactor 模式基本设计思想

如图：

对上图说明：

     1. `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）
     1. 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
     1. `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

3.2、Reactor 模式中核心组成

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。

   3.3、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
   

3.3.1、单 Reactor 单线程

i、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）

ii、方案说明

     1. `Select` 是前面 `I/O` 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
     1. `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
     1. 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
     1. 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
     1. `Handler` 会完成 `Read` → 业务处理 → `Send` 的完整业务流程

iii、方案优缺点分析

     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
     1. 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
     1. 缺点：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
     1. **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

3.3.2、单 Reactor 多线程

i、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）

ii、方案说明

     1. `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
     1. 如果建立连接请求，则右 `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
     1. 如果不是连接请求，则由 `Reactor` 分发调用连接对应的 `handler` 来处理
     1. `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
     1. `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`
     1. `handler` 收到响应后，通过 `send` 将结果返回给 `client`

iii、方案优缺点分析

     1. 优点：可以充分的利用多核 `cpu` 的处理能力
     1. 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，在高并发场景容易出现性能瓶颈。

3.3.3、主从 Reactor 多线程

i、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，可以让 Reactor 在多线程中运行

ii、方案说明

     1. `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
     1. 当 `Acceptor` 处理连接事件后，`MainReactor` 将连接分配给 `SubReactor`
     1. `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
     1. 当有新事件发生时，`subreactor` 就会调用对应的 `handler` 处理
     1. `handler` 通过 `read` 读取数据，分发给后面的 `worker` 线程处理
     1. `worker` 线程池分配独立的 `worker` 线程进行业务处理，并返回结果
     1. `handler` 收到响应的结果后，再通过 `send` 将结果返回给 `client`
     1. `Reactor` 主线程可以对应多个 `Reactor` 子线程，即 `MainRecator` 可以关联多个 `SubReactor`

iii、方案优缺点分析

     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。
     1. 优点：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。
     1. 缺点：**编程复杂度较高**
     1. 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

IV、 Scalable IO in Java 对 Multiple Reactors 的原理图解

3.4、Reactor 模式小结

3.4.1、3 种模式用生活案例来理解

  1. 单 `Reactor` 单线程，前台接待员和服务员是同一个人，全程为顾客服务
  1. 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
  1. 主从 `Reactor` 多线程，多个前台接待员，多个服务生

3.4.2、Reactor 模式具有如下的优点

  1. **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**
  1. **可以最大程度的避免复杂的**
  1. **线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销**
  1. **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**
  1. **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**

四、Netty 模型

4.1、工作原理图

4.2、上图说明分析

1. Netty 抽象出两组线程池 BossGroup 专门负责接收客户端的连接，WorkerGroup 专门负责网络的读写
2. BossGroup 和 WorkerGroup 类型都是 NioEventLoopGroup
3. NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环组，这个组中含有多个事件循环，每一个事件循环是 NioEventLoop
4. NioEventLoop 表示一个不断循环的执行处理任务的线程，每个 NioEventLoop 都有一个 Selector，用于监听绑定在其上的 socket 的网络通讯
5. NioEventLoopGroup 可以有多个线程，即可以含有多个 NioEventLoop
6. 每个 BossNioEventLoop 循环执行的步骤有 3 步
   • 轮询 accept 事件
   • 处理 accept 事件，与 client 建立连接，生成 NioScocketChannel，并将其注册到某个 worker NIOEventLoop 上的 Selector
   • 处理任务队列的任务，即 runAllTasks
7. 每个 Worker NIOEventLoop 循环执行的步骤
   • 轮询 read，write 事件
   • 处理 I/O 事件，即 read，write 事件，在对应 NioScocketChannel 处理
   • 处理任务队列的任务，即 runAllTasks
8. 每个 Worker NIOEventLoop 处理业务时，会使用 pipeline（管道），pipeline 中包含了 channel，即通过 pipeline 可以获取到对应通道，管道中维护了很多的处理器

   4.3、个人小结

   Netty 主要基于主从 Reactors 多线程模型（如图）做了一定的改进。

我们也知道NIO编程是基于selector（反应器），然他的局限性也就是我们如果大量链接，一个selector并不能解决，并且NIO的编程也比较复杂，业务功能也比较单一，所以我们Netty就出来了。

Netty底层网络操作也是基于NIO的，但是大部分都封装到了API中。

我第一次接触这个的时候我一口国粹，他妈的，Netty的API也太多了吧，虽然刚刚基于工作原理图以及分析，并不能清晰的口述出一步步的操作，其实Netty就维护了两组线程组，然后链式编程方式通过通道里的每一个处理器去处理IO流内容。我们先不着急学习这些核心API ，我们先通过一个TCP小案例对照这个工作原理图以及原理图分析，把整个流程先过一遍，然后知道工作原理了，流程熟悉了，进一步去了解每一步的API以及响应的方法及实现。慢慢挖掘Netty