Netty概述

原生NIO存在的问题

  1. NIO 的类库和 API 繁杂，使用麻烦：需要熟练掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer 等。
  2. 需要具备其他的额外技能：要熟悉 Java 多线程编程，因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式，你必须对多线程和网络编程非常熟悉，才能编写出高质量的 NIO 程序。
  3. 开发工作量和难度都非常大：例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常流的处理等等。

  4. JDK NIO 的 Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它会导致 Selector 空轮询，最终导致 CPU 100%。直到 JDK 1.7 版本该问题仍旧存在，没有被根本解决。

    Netty优点

    Netty对JDK自带的NIO的API进行了封装，解决了上述问题。

  5. 设计优雅：适用于各种传输类型的统一 API 阻塞和非阻塞 Socket；基于灵活且可扩展的事件模型，可以清晰地分离关注点；高度可定制的线程模型 - 单线程，一个或多个线程池.

  6. 安全：完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持

  7. 高性能、吞吐量更高：延迟更低；减少资源消耗；最小化不必要的内存复制。

    I/O线程模型

    目前存在的线程模型主要有：

  8. 传统阻塞I/O服务模型

  9. Reactor模式

根据Reactor的数量和处理资源池线程的数量不同，有如下3种典型的实现

  1. 单Reactor单线程
  2. 单Reactor多线程
  3. 主从Reactor多线程

Netty线程模型主要基于主从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。

传统阻塞I/O服务模型

Reactor模型 - 图1

图解说明：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）。之后的图相同。

模型分析

模型特点：
采用阻塞IO模式获取输入的数据
每个链接都需要独立的线程完成数据的输入，业务处理、数据返回。
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。

模型实现代码示例

由于模型的逻辑主要集中在服务端，所以所有模型代码示例基本上都是服务端的示例

  1. public static void main(String[] args) throws IOException {
  2.     //1、创建一个线程池
  3.     //2、如果有客户端连接，就创建一个线程，与之通讯（单独写一个方法）
  4.     ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
  5.     //创建ServerSocket
  6.     ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
  7.     System.out.println("服务器启动了");
  8.     while (true) {
  9.         //监听，等待客户端连接
  10.         final Socket socket = serverSocket.accept();
  11.         System.out.println("连接到一个客户端");
  12.         //创建一个线程，与之通讯
  13.         executorService.execute(() -> {
  14.             //重写Runnable方法，与客户端进行通讯
  15.             handler(socket);
  16.         });
  17.     }
  18. }

//编写一个Handler方法，和客户端通讯。主要进行数据的读取和业务处理。

  1. public static void handler(Socket socket) {
  2.     try {
  3.         byte[] bytes = new byte[1024];
  4.         //通过socket获取输入流
  5.         InputStream inputStream = socket.getInputStream();
  6.         //循环的读取客户端发送的数据
  7.         while (true){
  8.             int read = inputStream.read(bytes);
  9.             if (read != -1){
  10.                 System.out.println(new String(bytes, 0, read));//输出客户端发送的数据
  11.             } else {
  12.                 break;
  13.             }
  14.         }
  15.     } catch (IOException e) {
  16.         e.printStackTrace();
  17.     } finally {
  18.         System.out.println("关闭和client的连接");
  19.         try {
  20.             socket.close();
  21.         } catch (IOException e) {
  22.             e.printStackTrace();
  23.         }
  24.     }
  25. }

Reactor模型概述

针对传统阻塞I/O服务模型的2个缺点，解决方案如下：

  • 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 有三种叫法: 1. 反应器模式 2. 分发者模式(Dispatcher) 3. 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。

I/O复用结合线程池，就是Reactor模式基本设计思想，如图所示：
Reactor模型 - 图2
由上图可以看出

  • 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响应的处理线程，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，分发的某个线程（进程），这点就是网络服务高并发处理的关键。

Reactor模式中的核心组成部分：

  • 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事件作出反应。
  • 我的理解是将Reactor理解成一个Selector，它可以对建立新的连接，也可以将产生的读写事件交换给Handler进行处理
  • 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。

    单Reactor单线程模式

    Reactor和Handler使用同一个线程
    Reactor模型 - 图3

方案说明：
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，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。
  2. Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程

结合实例：服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的 IO 操作（包括连接，读、写等），编码简单，清晰明了，但是如果客户端连接数量较多，将无法支撑，前面的 NIO 案例就属于这种模型。

模型分析

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
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
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
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

模型实现代码示例

这里面我为了简便，我将Reactor和Acceptor和Handler三个对象搞成了方法。Reactor和Handler使用同一个线程

  1. public class SReactorSThread {
  2.     private Selector selector;
  3.     private ServerSocketChannel serverSocketChannel;
  4.     private int PORT = 6666;
  5.     public SReactorSThread() {
  6.         try {
  7.             selector = Selector.open();
  8.             serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
  9.             serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));
  10.             serverSocketChannel.configureBlocking(false);
  11.             serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
  12.         } catch (IOException e) {
  13.             e.printStackTrace();
  14.         }
  15.     }
  16.     //对客户端进行监听
  17.     public void listen() {
  18.         try {
  19.             while (true) {
  20.                 int count = selector.select();
  21.                 //表示有客户端产生事件
  22.                 if (count > 0) {
  23.                     Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();//取出产生事件的Channel
  24.                     Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();//准备对其进行遍历
  25.                     while (iterator.hasNext()) {
  26.                         SelectionKey key = iterator.next();
  27.                         //将key交给dispatch去处理
  28.                         dispatch(key);
  29.                         iterator.remove();
  30.                     }
  31.                 }
  32.             }
  33.         } catch (Exception e) {
  34.             e.printStackTrace();
  35.         }
  36.     }
  37.     //dispatch
  38.     private void dispatch(SelectionKey key) {
  39.         if (key.isAcceptable()){
  40.             accept(key);
  41.         }else {
  42.             handler(key);
  43.         }
  44.     }
  45.     //建立新的连接
  46.     private void accept(SelectionKey key) {
  47.         try {
  48.             SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
  49.             socketChannel.configureBlocking(false);
  50.             socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
  51.         } catch (IOException e) {
  52.             e.printStackTrace();
  53.         }
  54.     }
  55.     //对请求进行处理，接收消息---业务处理---返回消息
  56.     private void handler(SelectionKey key) {
  57.         SocketChannel channel = null;
  58.         try {
  59.             channel = (SocketChannel) key.channel();
  60.             ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(3);
  61.             StringBuilder msg = new StringBuilder();
  62.             while (channel.read(buffer) > 0) {
  63.                 msg.append(new String(buffer.array()));
  64.                 buffer.clear();
  65.             }
  66.             System.out.println("接收到消息：" + msg.toString());
  67.             //发送消息
  68.             String ok = "OK";
  69.             buffer.put(ok.getBytes());
  70.             //这个flip非常重要哦，是将position置0，limit置于position的位置，以便下面代码进行写入操作能够正确写入buffer中的所有数据
  71.             buffer.flip();  
  72.             channel.write(buffer);
  73.             buffer.clear();
  74.         } catch (IOException e) {
  75.             try {
  76.                 System.out.println(channel.getRemoteAddress() + "离线了");
  77.                 //取消该通道的注册并关闭通道，这里非常重要，没有这一步的话当客户端断开连接就会不断抛出IOException
  78.                 //是因为，select会一直产生该事件。
  79.                 key.cancel();
  80.                 channel.close();
  81.             } catch (IOException ex) {
  82.                 ex.printStackTrace();
  83.             }
  84.         }
  85.     }
  86. }
  87. /********调用**************/
  88. public static void main(String[] args) {
  89.     SReactorSThread sReactorSThread = new SReactorSThread();
  90.     sReactorSThread.listen();
  91. }

这里有更牛逼更完整的Reactor单线程模型的代码案例：https://www.cnblogs.com/hama1993/p/10611229.html
我悄悄咪咪的仔细看了看，我感觉他的案例模型是单Reactor多线程模型。错了勿喷

单Reactor多线程模型

Reactor使用一个线程、Handler使用一个线程
Reactor模型 - 图4

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，如果是建立连接请求, 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；如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对应的handler 来处理。
  2. 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。
  3. 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
  4. handler收到响应后，通过send 将结果返回给client

    模型分析

    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， 在高并发场景容易出现性能瓶颈.

    模型实现代码示例

    我感觉，这个多线程就是在单线程的基础之上，在读取数据之后进行业务处理的时候，另起一个线程。网上也有说读取数据很消耗性能，将读取数据和业务处理统一另起一个线程。我有点迷糊，代码就写不出来了。

    主从Reactor多线程

    将单Reactor多线程分拆成主线程和多个子线程
    Reactor模型 - 图5

方案说明：

  1. Reactor主线程 MainReactor 对象就只注册一个用于监听连接请求的ServerSocketChannel，通过select 监听连接事件, 收到事件后，通过Acceptor 处理连接事件
  2. 当 Acceptor 处理连接事件后，MainReactor 通过accept获取新的连接，并将连接注册到SubReactor
  3. 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
  4. 当有新事件发生时， subreactor 就会调用对应的handler处理
  5. handler 通过read 读取数据，分发给后面的worker 线程处理
  6. worker 线程池分配独立的worker 线程进行业务处理，并返回结果
  7. 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

模型分析

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。
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
缺点：编程复杂度较高
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

模型实现代码示例

还是去看别人大佬写的吧。https://www.cnblogs.com/eason-ou/p/11912010.html