netty模型簡介 一

什麼是netty?

Netty是一個java開源框架.Netty提供異步的、事件驅動的網絡應用程序框架和工具，用以快速開發高性能、高可靠性的網絡服務器和客戶端程序。
也就是說，Netty 是一個基於NIO的客戶、服務器端的編程框架，使用Netty 可以確保你快速和簡單的開發出一個網絡應用，例如實現了某種協議的客戶、服務端應用。Netty相當於簡化和流線化了網絡應用的編程開發過程，例如：基於TCP和UDP的socket服務開發。

BIO模型

同步並且阻塞（傳統阻塞型），服務器實現模式爲一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務端就需要啓動一個線程進行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷。
注：一個進程大概能開2000個左右線程
https://bbs.csdn.net/topics/360175125?list=lz
https://zhidao.baidu.com/question/1802165273358941947.html

BIO模型缺點

1.每個請求都需要創建獨立的線程，與對應的客戶端進行數據Read,業務處理，數據Write
2.當併發數較大時，需要創建大量線程來處理連接，系統資源佔用較大
3.連接建立後，如果當前線程暫時沒有數據可讀，線程就阻塞在Read操作上，造成線程資源浪費

NIO模型

1.nio有三大核心部分：Channel（管道），Buffer（緩衝區），Selector（選擇器）
2.NIO是面向緩衝區，或者面向塊編程的。數據讀取到一個它稍後處理的緩衝區，需要時可緩衝區前後移動，這就增加了處理過程中的靈活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸縮性網絡。

Reactor

根據 Reactor 的數量和處理資源池線程的數量不同，有 3 種典型的實現
1.單 Reactor 單線程；
2.單 Reactor 多線程；
3.主從 Reactor 多線程
注：Netty 線程模式(Netty 主要基於主從 Reactor 多線程模型做了一定的改進，其中主從 Reactor 多線程模型有多個 Reactor)

reactor 單線程

1.Select 是前面 I/O 複用模型介紹的標準網絡編程 API，可以實現應用程序通過一個阻塞對象監聽多路連接請求
2.Reactor 對象通過 Select 監控客戶端請求事件，收到事件後通過 Dispatch 進行分發
3.如果是建立連接請求事件，則由 Acceptor 通過 Accept 處理連接請求，然後創建一個 Handler 對象處理連接完成後的後續業務處理
4.如果不是建立連接事件，則 Reactor 會分發調用連接對應的 Handler 來響應
5.Handler 會完成 Read→業務處理→Send 的完整業務流程

優缺點分析：

1. 優點：模型簡單，沒有多線程、進程通信、競爭的問題，全部都在一個線程中完成
2. 缺點：性能問題，只有一個線程，無法完全發揮多核 CPU 的性能。Handler
   在處理某個連接上的業務時，整個進程無法處理其他連接事件，很容易導致性能瓶頸
3. 缺點：可靠性問題，線程意外終止，或者進入死循環，會導致整個系統通信模塊不可用，不能接收和處理外部消息，造成節點故障
4. 使用場景：客戶端的數量有限，業務處理非常快速，比如 Redis在業務處理的時間複雜度 O(1) 的情況
5. 與之前的傳統阻塞I/O服務模型相比，服務器端用一個線程通過多路複用搞定所有的 IO 操作（包括連接，讀、寫等），編碼簡單，清晰明瞭，但是如果客戶端連接數量較多，將無法支撐。

單Reactor多線程

1. Reactor 對象通過select 監控客戶端請求事件, 收到事件後，通過dispatch進行分發
2. 如果建立連接請求, 則右Acceptor 通過accept 處理連接請求, 然後創建一個Handler對象處理完成連接後的各種事件
3. 如果不是連接請求，則由reactor分發調用連接對應的handler 來處理
4. handler 只負責響應事件，不做具體的業務處理, 通過read 讀取數據後，會分發給後面的worker線程池的某個線程處理業務
5. worker 線程池會分配獨立線程完成真正的業務，並將結果返回給handler
6. handler收到響應後，通過send 將結果返回給client

優缺點分析

1. 優點：可以充分的利用多核cpu 的處理能力
2. 缺點：多線程數據共享和訪問比較複雜， reactor 處理所有的事件的監聽和響應，在單線程運行， 在高併發場景容易出現性能瓶頸.
3. 跟reactor單線程相比可以同時處理多個handler事件處理

主從Reactor 多線程

1. Reactor主線程 MainReactor 對象通過select 監聽連接事件, 收到事件後，通過Acceptor 處理連接事件
2. 當 Acceptor 處理連接事件後，MainReactor 將連接分配給SubReactor
3. subreactor 將連接加入到連接隊列進行監聽,並創建handler進行各種事件處理
4. 當有新事件發生時， subreactor 就會調用對應的handler處理
5. handler 通過read 讀取數據，分發給後面的worker 線程處理
6. worker 線程池分配獨立的worker 線程進行業務處理，並返回結果
7. handler 收到響應的結果後，再通過send 將結果返回給client
8. Reactor 主線程可以對應多個Reactor 子線程, 即MainRecator 可以關聯多個SubReactor
   

優缺點分析：

1. 優點：父線程與子線程的數據交互簡單職責明確，父線程只需要接收新連接，子線程完成後續的業務處理。
2. 優點：父線程與子線程的數據交互簡單，Reactor 主線程只需要把新連接傳給子線程，子線程無需返回數據。
3. 缺點：編程複雜度較高
4. 結合實例：這種模型在許多項目中廣泛使用，包括 Nginx 主從 Reactor 多進程模型，Memcached 主從多線程，Netty主從多線程模型的支持
5. 與單Reactor多線程相比，它多了主Reactor和多個從屬Reactor

Netty模型

1)Netty抽象出兩組線程池 BossGroup 專門負責接收客戶端的連接, WorkerGroup 專門負責網絡的讀寫
2)BossGroup 和 WorkerGroup 類型都是 NioEventLoopGroup
3)NioEventLoopGroup 相當於一個事件循環組, 這個組中含有多個事件循環 ，每一個事件循環是 NioEventLoop
4)NioEventLoop 表示一個不斷循環的執行處理任務的線程， 每個NioEventLoop 都有一個selector , 用於監聽綁定在其上的socket的網絡通訊
5)NioEventLoopGroup 可以有多個線程, 即可以含有多個NioEventLoop
6)每個Boss NioEventLoop 循環執行的步驟有3步

1. 輪詢accept 事件
2. 處理accept 事件 , 與client建立連接 , 生成NioScocketChannel , 並將其註冊到某個worker NIOEventLoop 上的 selector
3. 處理任務隊列的任務 ， 即 runAllTasks

7)每個 Worker NIOEventLoop 循環執行的步驟

1. 輪詢read, write 事件
2. 處理i/o事件， 即read , write 事件，在對應NioScocketChannel 處理
3. 處理任務隊列的任務 ， 即 runAllTasks

8)每個Worker NIOEventLoop 處理業務時，會使用pipeline(管道), pipeline 中包含了 channel , 即通過pipeline 可以獲取到對應通道, 管道中維護了很多的 處理器

NioEventLoopGroup 下包含多個 NioEventLoop
每個 NioEventLoop 中包含有一個 Selector，一個 taskQueue
每個 NioEventLoop 的 Selector 上可以註冊監聽多個 NioChannel
每個 NioChannel 只會綁定在唯一的 NioEventLoop 上
每個 NioChannel 都綁定有一個自己的 ChannelPipeline