一、概述
1.1、原生NIO存在的問題
1）NIO的類庫和API複雜，使用麻煩，需要熟練掌握Selector，ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等。
2）需要具備其他的額外技能，需要熟悉Java多線程編程，因爲NIO涉及到Reactor模式，必須熟悉多線程和網絡編程，才能寫出高質量的NIO程序
3）開發工作量和難度比較大，如，客戶端面臨斷連重連、網絡閃斷，半包讀寫、失敗緩存、網絡擁塞和異常流的處理等
4）JDK NIO的bug，如Epoll Bug，他會導致Selector空輪詢，最終導致CPU100%，直到jdk1.7版本該問題仍存在，沒有根本解決。
1.2、Netty介紹
1.2.1、官網介紹
官網地址：https://netty.io/
官網含義：Netty is an asynchronous event-driven network application framework for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients.
1）開源框架，異步的、基於事件驅動的網絡應用程序框架，用以快速開發高性能、高可靠的網絡IO程序。
2）簡化現有NIO開發流程
3）使用廣泛，如大數據、遊戲、通信，如ElasticSearch、Dubbo等。
1.2.2、優點
1）對JDK自帶的NIO進行了封裝，解決上述bug
2）設計優雅：適用於各種傳輸類型統一API阻塞和非阻塞Socket；基於靈活且可擴展的事件模型，可以清晰地分離關注點；高度可定製的線程模型-單線程，一個或多個線程池。
3）適用方便，無其他依賴項，JDK5（3.x）或6（netty 4.x）
4）高性能、吞吐量更高；延遲更低、減少資源消耗；最小化不必要的內存複製
5）安全；完整的ssl\TLS和StartTLS支持
1.2.3、版本
netty3.X 比較舊；netty5.x廢棄；netty4.x推薦適用，適用maven引入
<dependency> <groupId>io.netty</groupId> <artifactId>netty-all</artifactId> <version>4.1.65.Final</version> </dependency>
二、Netty線程模型
2.1、 線程模型介紹
不同線程模型，對程序的性能影響很大，目前從存在的線程模型有：傳統阻塞IO模型和Reactor模式；
Reactor模式
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：單Reactor單線程、單Reactor多線程、主從Reactor多線程
Netty線程模式：主要基於主從Reactor多線程模型做了一定改進，其中主從Reactor多線程模型有多個Reactor。
參看書籍：Scalable IO in java
2.1.1、傳統IO阻塞服務模型
1）工作原理圖
2）模型特點
a、採用阻塞IO模式獲取輸入
b、每個連接都需要獨立的線程完成數據的輸入，業務處理、數據返回
3）問題分析
a、當併發數很大，就會創建大量的線程、佔用很大系統資源
b、連接創建後，如果當前線程這哪是沒有數據可讀，該線程就會阻塞在read操作，造成線程資源浪費；
2.1.2、Reactor模式
Reactor常用叫法：反應器模式；2分發者模式（DIspatcher）3通知這模式（notifier）
a、針對傳統IO服務模型的2個缺點，解決方案：
1）基於IO複用模型，多個連接共用一個阻塞對象，應用程序只需要在一個阻塞對象等待，無需阻塞等待所有連接。當某個連接有新的數據可以處理時，操作系統通知應用程序，線程從阻塞狀態返回，開始進行業務處理
2）基於線程池服用線程資源，不必再爲每個連接創建線程，將連接完成後的業務處理任務分配給線程進行處理，一個線程可以處理多個連接的業務。
b、設計思想：IO複用結合線程池
說明：Reactor模式，通過一個或多個輸入同時傳遞給服務處理器的模式（基於事件驅動）
2）服務器端程序處理傳入的多個請求，並將它們同步分派到相應的處理線程，因此Reactor模式也叫Dispatcher模式
3）Reactor模式號私用IO複用監聽事件，收到事件後，分發給某個線程，這點就是網絡服務器高併發處理關鍵。
c、核心組成
1）Reactor，在一個單獨的線程中運行，負責監聽和分發事件，分發給適當的處理程序來對IO事件作出反應。
2）Handlers，處理程序執行IO事件要完成的實際事件。Reactor通過調度適當的處理程序來相應IO事件，處理程序執行非阻塞操作。
d、Reactor優點
1）響應快，不必爲單個同步時間所阻塞，雖然Reactor本身依然是同步的；2）可以最大程度的避免複雜的多線程及同步問題，並且避免了多線程/進程的切換開銷
3）擴展性號，可以方便的通過增加Reactor實例個數來充分利用CPU資源；4）複用性好，Reactor模型本身與具體事件處理邏輯無關，具有很高的複用性
2.1.2.1、單Reactor單線程【不常用，原Redis使用】
上節的NIO原生API的羣聊即是此種模式
方案說明：1）Select就是前面IO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：優點：1）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
缺點1）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
缺點2）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。
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。
2.1.2.2、單Reactor多線程
工作原理圖：
說明：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，則由Acceptor通過accept處理連接請求，然後創建一個Handler對象處理完連接後的各種事件
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）wocker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收到相應後，通過send將結果返回給client
b、優缺點
優點：可以充分利用多核CPU的處理能力
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
2.1.2.3、主從Reactor多線程
針對單Reactor多線程模型中，在單線程運行，在高併發場景容易出現性能瓶頸，可以讓Reactor在多線程中運行
工作原理圖
優缺點：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鏈接，子線程完成後續的業務處理；
缺點：編程複雜度較高
應用：Nginx主從Reactor多進程模型，Memcached主從多線程模式，Netty主從多線程模式