多线程Reactor模式及Netty线程模型

Netty是一款高效的NIO框架和工具，基于Java NIO实现，Java NIO的Selector给Reactor模式提供了基础，netty结合Selector和Reactor模式实现自身高效的线程模型。本文先对Reactor模式的多线程和主从模型进行简单介绍，而后结合netty中的几个重要组件对netty线程模型和工作流程进行简单分析。这里可以参看李林锋的文章。

多线程Reactor

与单线程不同的地方，在于多线程Reactor模型将监听连接和连接的I/O操作放到了不同的线程里面，看下面的示意图：

它的主要特点如下：

• 有专门的Acceptor线程用于监听、接收客户端的连接请求
• 网络I/O的读写操作则由另外的线程池负责，包含一个任务队列和多个线程
• 一个NIO线程可以处理多个链路，但每个链路只对应一个线程

大部分情况下，一个线程负责监听和处理所有的客户端都能满足需要，但在特殊场景下，如并发量过高，或者在连接接入的时候需要进行安全认证等问题，单个Acceptor线程不足以满足性能，这时候就需要主从Reactor模型。

主从多线程Reactor

服务端用于接收连接的不再是一个单独的NIO线程，而是一个独立的线程池：

工作流程：

• 从主线程池中选择一个Reactor线程作为Acceptor线程，绑定监听端口，接收客户端连接
• 接收到连接请求后，将其注册到主线程其他线程上，由它们负责接入认证等工作
• 链路建立完成后，就链路从主线程池的多路复用器上摘除，重新注册到Sub线程池的NIO线程上，负责后续IO操作

netty的线程模型不是一成不变的，通过对启动参数的配置，netty可以支持多种Reactor线程模型，最常用的是多线程模型。

下面说一下netty中几个重要的组件。

Selector

Selector是Java NIO提供的多路复用器，负责配合操作系统的select/epoll操作将就绪的IO事件分离出来，落地为SelectionKey，我们可以将SelectionKey看做Reactor模式中的资源

EventLoop/EventLoopGroup

EventLoopGroup其实就是一个EventLoop线程组，netty中通常有多个EventLoop同时工作，每个EventLoop维护着一个Selector实例（类似单线程Reactor工作）。如果没有显式指定，默认每个EvenLoopGroup中的线程数为可用的CPU内核数*2。

通常每个netty服务端有两个EventLoopGroup。

一个用作Acceptor线程池，负责处理客户端的连接请求，通常一个服务端口对应一个EventLoop线程，根据实际需要配置线程组的线程数量。Acceptor线程通过不断轮询Selector上的Accept事件，将accept的SocketChannel交给另外一个EventLoop线程组。

另一个EventLoopGroup会根据线程组的顺序next一个可用的EventLoop将这个SocketChannel注册到其维护的Selector上，并处理其后续的I/O的事件。

ChannelPipleline

每个SocketChannel都有一个Pipleline实例，而每个Pipleline中维护了一个ChannelHandler链表队列。Pipleline和ChannelHandler的关系类似servlet和filter过滤器的作用。EventLoop从Selector中分离出就绪的channel以后，会将它传递的消息传输到Pipleline中，通过ChannelHandler处理链进行层层处理，用户可以在Handler中添加自己的业务逻辑。

ChannelPipleline中本身维护着两个不可见的HeadHandler和TailHandler，head靠近网络层，tail靠近用户。netty中有两类事件类型，inbound和outbound。inbound可以理解为从网络数据外部流向内部，如读取消息；outbound为网络数据从内部流向外部，如写消息。Pipleline会根据事件的类型， 自上而下或自下而上调用事件相关联的ChannelHandler对消息进行处理。如读取消息的时候会依次执行HeadHandler、ChannelHandler1...ChannelHandlerN、TailHandler。

写在最后

通过以上几个组件的作用，应该可以对netty的工作流程有个大体的认识。其实笔者接触netty是从Vert.x开始的，netty可能更偏向网络传输这个层面，一些RPC框架底层传输用的也是netty。

netty中还有其他要点，比如粘包拆包、缓冲区这些问题笔者还没有认真研究过，待有时间再研究源码吧，感叹时间真不够用啊！