程序员乐源

03 线程Reactor模型在Netty中应用分析

Netty 和 JDK NIO之间的联系

在之前02JDK NIO原理和关键类分析章节中详细论述了NIO在java中实现，不知道大家是否理解java NIO中和几个重要类之间的关系。

请大家思考下，为什么学习Netty之前需要先学习java NIO中的知识点和线程模型Reactor？其实Netty本质是结合线程Reactor模型，实现对JDK NIO包装，设计出来的网络通讯组件。接下来让我们一起进入Reactor模型世界。

Reactor模型

Reactor模型它既不是java专属模型，也不是Netty中自创模型。它是由Doug Lea提出来的一种可伸缩的IO模型指导思想。在Reactor模型中共有三种角色：Reactor、Handlers（以下黄色部分内容为Handler部分）、Acceptor。

single-Reactor

  • Reactor：responds to IO events by dispatching the appropriate handler

    负责监听和分配事件，将I/O事件分派给对应的Handler。新的事件包含连接建⽴就绪、 读就绪、写就绪等

  • Handlers：perform non-blocking actions,Manage by binding handlers to events

    将⾃身与事件绑定，执⾏⾮阻塞读/写任务

  • Acceptor: distributes to other reactors

    处理客户端新连接，并分派请求到处理器链中

常见的Reactor模型

  • Basic Reactor Design（Reactor单线程模型）
  • Multithreaded Designs（Reactor多线程模型）
  • Multiple Reactor Threads（主从Reactor多线程模型）

Basic Reactor Design

Basic Reactor Design 基本Reactor设计，它是一种Reactor单线程模型。它的新客户端连接、读以及写均在同一个线程中。Reactor充当多路复⽤器⻆⾊，监听多路连接的请求，由单线程完成Reactor收到客户端发来的请求，如果事件类型是ACCEPT,则分发给acceptor完成；其它读写逻辑分发给Handler完成，包括读、解码、计算、编码以及发送操作。

single-Reactor

模型优缺点

  • 优先：所有逻辑都在单线程中处理，结构简单，容易理解和开发，没有并发问题，适用于一些低并发和实时性要求不高的场景。
  • 缺点：由于是单线程操作，不能充分发挥多核CPU的性能；当Reactor线程负载过重之后，处理速度将变慢，并发性能低；

Multithreaded Designs

Multithreaded Designs多线程Reactor模型，这种模型和以上单线程模型相比，实质是处理逻辑多了一个ThreadPool。Reactor将所有的读处理逻辑放入至线程池中，充分利用机器多CPU资源，提高了并发能力。

multthread-reactor

模型优缺点

  • 优先：可以解决单线程中的缺点问题；

  • 缺点：多线程数据共享和访问⽐较复杂（⼦线程完成业务处理后，把结果传递给主线程Reactor发送，会涉及并发问题）；Reactor承担所有事件的监听和响应，只在主线程中运⾏，可能会存在性能问题。

Multiple Reactor Threads

Multiple Reactor Threads 多Reactor模型，该模型中Reactor分为主和子Reactor，将连接事件、读写事件进行分离，充分体现了分治思想。

multreactor

模型优缺点

  • 优先：：响应快，不必为单个同步事件所阻塞；可扩展性强，可以⽅便地通过增加subReactor实例个数来充分利⽤CPU资源；

Netty中线程模型

Reactor模型有以上三个版本，那Netty中采取了Reactor模型中哪种思想呢？很显然如下图所示，Netty最终选择了多Reactor模型。Netty线程模型中也有主Reactor、Acceptor、subReactor。主Reactor负责监听连接事件；随后交由Acceptor操作读写subReactor初始化工作；subReactor进行读写事件处理。

netty-thread

总结

今日主要分享了Reactor模型中三个角色：Reactor、Handler、Acceptor。随后分析了Reactor三个版本之间的区别以及优缺点，最后总结了Netty中采取了Reactor哪个版本的设计思想。