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 I/O 服务模型 和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 I/O 服务模型
1、工作原理
黄色的框表示对象，蓝色的框表示线程。
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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。
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 Handler对象中的read 操作，导致上面的处理线程资源浪费。
三、Reactor 模式
Reactor 在不同书中的叫法：
- 反应器模式
- 分发者模式（Dispatcher）
- 通知者模式（notifier）
1、 针对传统阻塞 I/O 服务模型的 2 个缺点，解决方案
- 基于 I/O 复用模型：多个连接共用一个阻塞对象ServiceHandler，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。
- 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。（解决了当并发数很大时，会创建大量线程，占用很大系统资源）。
- 基于 I/O 复用模型：多个客户端进行连接，先把连接请求给ServiceHandler。多个连接共用一个阻塞对象ServiceHandler。假设，当C1连接没有数据要处理时，C1客户端只需要阻塞于ServiceHandler，C1之前的处理线程便可以处理其他有数据的连接，不会造成线程资源的浪费。当C1连接再次有数据时，ServiceHandler根据线程池的空闲状态，将请求分发给空闲的线程来处理C1连接的任务。（解决了线程资源浪费的那个问题）
2、I/O 复用结合线程池，就是 Reactor 模式基本设计思想，如图
- Reactor 模式，通过一个或多个输入同时传递给服务处理器（ServiceHandler）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。
和传统阻塞IO对比可以发现，这里只有一个 serviceHandler 。。。。。以及其他差异请再次回顾 针对传统阻塞 I/O 服务模型的 2 个缺点，解决方案
3、Reactor 模式中核心组成
- Reactor（也就是那个ServiceHandler）：Reactor 在一个单独的线程中运行，负责监听和分发事件，分发给适当的处理线程来对 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（处理线程EventHandler）：处理线程执行 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线程来响应 I/O 事件，处理程序执行非阻塞操作。
四、单 Reactor 单线程模式
1、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。
- 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。
- 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。
2、方案优缺点说明
- 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。
五、单 Reactor 多线程
1、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。
- 如果是建立连接请求，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（也就是说连接已经建立，后续客户端再来请求，那基本就是数据请求了，直接调用之前为这个连接创建好的handler来处理）。
- handler 只负责响应事件，不做具体的业务处理（这样不会使handler阻塞太久），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。【业务处理是最费时的，所以将业务处理交给线程池去执行】。
- 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。
2、方案优缺点说明
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 承担所有的事件的监听和响应，它是单线程运行，在高并发场景容易出现性能瓶颈。也就是说Reactor主线程承担了过多的事。
六、主从 Reactor 多线程
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。SubReactor是可以有多个的，如果只有一个SubReactor的话那和单 Reactor 多线程就没什么区别了。 如下图
1、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
Scalable IO in Java 对 Multiple Reactors 的原理图解
2、方案优点和缺点
- 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
七、Reactor 模式小结
1、3 种模式用生活案例来理解
- 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
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2、Reactor 模式具有如下的优点
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（比如你第一个SubReactor阻塞了，我可以调下一个 SubReactor为客户端服务）
- 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（即subReactor可以增加 主从reactor多线程）
- 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
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