【README】

1..本文部分内容翻译自：

[Netty] Netty's thread model and simple usage

2.netty模型是以 Reactor模式为基础的，具体的，netty使用的是主从Reactor多线程模型；

3.先介绍了 Reactor线程模型；后介绍了 Netty 组成部分；

4.文末还po出了 netty服务器与客户端代码实现（总结自 B站《尚硅谷-netty》）；

【注意】

本文所有图片均转自：

[Netty] Netty's thread model and simple usage

【1】netty线程模型-Reactor

1）Reactor模式

reactor模式，也叫分发器模式。当1个或多个请求同时发送到服务器时，服务器同步地把它们分发到独立的处理线程；

2）Reactor模式的三种角色：

Acceptor：（接收器）处理客户端新连接，并分配客户端分发到处理线程链；
Reacor：（反应器）负责监听，分配事件及IO事件给对应处理器Handler；
Handler：（处理器）处理事件，如编码，业务逻辑处理，解码等；

3）Reactor的3种线程模型

单Reactor单线程模型；
单Reactor多线程模型；
主从Reactor多线程模型；

而 netty 使用的是主从 Reactor多线程模型；

4）除建立连接外，服务器处理客户端请求涉及的操作大致有5种：

IO读；
编码；
计算；
解码；
IO写；

【2】Reactor3种线程模型

【2.1】单Reactor单线程模型

1）单Reactor单线程模型概述：

在该线程模型下，所有请求连接的建立，IO读写，及业务逻辑处理都全部在同一个线程；
若耗时操作发生在业务逻辑处理，则所有的请求都会延迟与阻塞，因为这个线程上的所有操作都是同步的；这一点应该比较好理解；

2）模型图

【图解】

服务器仅有一个 Reactor 线程；
IO读，解码，计算，编码，发送（IO写）这5个步骤都由单个Reactor 线程来完成，一旦有一个步骤耗时过长，则整体阻塞；

【优缺点】

缺点：因为只有一个Reactor线程，请求1耗时长会导致其他请求阻塞直到请求1处理完成；服务器并发性非常低；

【2.2】单Reactor多线程模型

1）单Reactor多线程模型概述：

为了防止阻塞，请求连接的建立（包括认证与授权）及IO读写都在 Reactor线程里；
此外，业务逻辑处理完全由异步线程池负责处理，并在处理后把结果写回；

2）模型图

【图解】

服务器仅有一个 Reactor 线程；
IO读与发送（IO写）由 Reactor线程负责执行；
解码，计算，编码等业务逻辑处理由工作线程池（WorkThreads）负责分配线程执行；

【优缺点】

优点：解码，计算，编码等耗时操作若有阻塞，不会导致服务器的其他请求阻塞；
缺点：仅有一个 Reactor线程来处理客户端连接，若客户端IO读写数据量大，容易在IO读写时发生阻塞；

【2.3】主从Reactor多线程模型

1）主从Reactor多线程模型概述：由于单Reactor线程会降低多核cpu能力（或未能发挥），所以需要建立多Reactor线程，即主从Reactor线程模型。

主Reactor线程（单个）：用于建立请求的连接（包括认证与授权）；
从Reactor线程（多个）：用于处理IO读写；
补充：其他业务逻辑如解码，计算，编码等工作还是交由异步线程池（Worker线程池）处理；

【图解】主从Reactor多线程模型下，服务器线程有3类：

第1类：主Reactor线程负责客户端连接的建立（同步）；
第2类：子Reactor线程有多个，封装在线程池，异步处理客户端的IO读写（read 与 send）；
第3类：工作线程池：异步处理业务逻辑，包括编码，计算，解码等操作；

【优缺点】

优点1：显然，IO读写若有阻塞，不会导致其他客户端请求阻塞；
优点2：显然，业务逻辑若有阻塞（耗时操作），也不会导致其他客户端请求阻塞；
小结：在主从Reactor多线程模型条，服务器的并发性非常高（也充分利用了多核cpu的算力）；

【3】netty线程模型

【3.1】成员关系

1）netty线程模型包含 ServerBootStrap，NioEventLoopGroup 及其组成部分 NioEventLoop，NioChannel， ChannelPipeline， ChannelHandler 等；

ServerBootStrap：服务器启动引导对象；
NioEventLoopGroup：Nio 事件循环组；
NioEventLoop：Nio事件循环；
NioChannel：Nio通道；
ChannelPipeline：通道管道（封装了多个处理器）；
ChannelHandler：处理器；

2）netty使用主从Reactor多线程模型来实现。

主Reactor：对应 BossGroup；
从（子）Reactor：对应 WorkerGroup；
BossGroup 用于接收连接并通过通道注册与 WorkerGroup已建立的连接；
当IO事件被触发，该事件交由管道处理；管道处理实际上是由对应的处理器Handler来处理；

【3.2】EventLoop 事件循环

1）即事件循环器；顾名思义，他实际上是一个循环的处理过程；

2）EventLoop 等同于 while(true) 死循环里的代码段；

3）EventLoop 主要包含了一个选择器多路复用器和一个任务队列

选择器多路复用器：处理IO事件的；
任务队列：存储已提交任务；

4）EventLoop并不是从程序启动时就开始运行，而是当有任务提交时，它才会开始处理任务并一直运行；

【3.3】通道 channel

1）netty封装了 java的本地Channel，并引入了管道与通道处理器的概念。
2）通道具体的IO事件处理是通过管道和通道处理器（管道中）来完成的；

【4】netty服务器与客户端-代码实现

1）初始化：

服务器通过 ServerBootStrap，可以直接设置线程组；
服务器的bossGroup（boss线程组）用于处理 NioServerSocketChannel 通道的 Accept 事件，即处理请求连接与认证；
服务器的 workerGroup（工作线程组）用于处理 IO 读写事件及已提交的异步任务；

2）ServerBootStrap初始化代码实现：

ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(1); // 设置boss线程组中的线程个数为1 （默认是cpu核数*2）
EventLoopGroup work = new NioEventLoopGroup(8); // 设置worker线程组中的线程个数为8 （默认是cpu核数*2）
bootstrap.group(boss, work).channel(NioServerSocketChannel.class); // 把参数设置到bootstrap

【4.1】服务器

1）netty服务器

/*** @Description 简单netty服务器* @author xiao tang* @version 1.0.0* @createTime 2022年08月27日*/
public class SimpleNettyServer44 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 创建 BossGroup 和 WorkerGroup// 1. 创建2个线程组 bossGroup， workerGroup// 2 bossGroup 仅处理连接请求； 真正的业务逻辑，交给workerGroup完成；// 3 两个线程组都是无限循环// 4 bossGroup 和 workerGroup 含有的子线程（NIOEventLoop）个数// 默认是 cpu核数 * 2EventLoopGroup boosGroup = new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup workerGruop = new NioEventLoopGroup();try {// 创建服务器端的启动对象， 配置参数ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();bootstrap.group(boosGroup, workerGruop) // 设置2个线程组.channel(NioServerSocketChannel.class) // 使用NIOSocketChannel 作为服务器的通道实现.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128) // 设置线程队列等待连接的个数.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true) // 设置保持活动连接状态.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // 创建一个通道初始化对象// 给 pipeline 设置处理器@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {socketChannel.pipeline().addLast(new SimpleNettyServerHandler45());}});  // 给我们的workerGroup 的 EventLoop 对应的管道设置处理器System.out.println("... server is ready.");// 启动服务器， 绑定端口并同步处理 ，生成一个 ChannelFuture对象ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind(6668).sync();channelFuture.addListener((future1) -> System.out.println("Finish binding"));// 对关闭通道进行监听channelFuture.channel().closeFuture().sync();} finally {// 优雅关闭boosGroup.shutdownGracefully();workerGruop.shutdownGracefully();}}
}

2）netty服务器中的处理器（封装到管道）

/*** @Description netty服务器处理器* @author xiao tang* @version 1.0.0* @createTime 2022年08月27日*/
public class SimpleNettyServerHandler45 extends ChannelInboundHandlerAdapter {// 读写数据事件（读取客户端发送的消息）// 1. ChannelHandlerContext ctx： 上下文信息，包括管道pipeline，通道channel，地址// 2. Object msg： 客户端发送的数据，默认是 Object@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {System.out.println("server ctx = " + ctx);System.out.println("查看 channel 和 pipeline的关系 ");Channel channel = ctx.channel();ChannelPipeline channelPipeline = ctx.pipeline(); // 管道是双向链表，出栈入栈// 将 msg 转为 ByteBuf 字节缓冲// 这个 ByteBuf 是 netty提供的， 不是 nio的ByteBufferByteBuf buf = (ByteBuf) msg;System.out.println("客户端发送消息：" + buf.toString(StandardCharsets.UTF_8));System.out.println("客户端地址：" + ctx.channel().remoteAddress());}// 数据读取完毕，回复客户端@Overridepublic void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {// writeAndFlush 是 write + flush ;把数据写入到缓冲，并刷新ChannelFuture channelFuture = ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端", StandardCharsets.UTF_8));channelFuture.addListener(future -> System.out.println("回复成功"));}// 处理异常，关闭通道@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {ctx.channel().close();}
}

【4.2】客户端

1）netty客户端

/*** @Description netty客户端* @author xiao tang* @version 1.0.0* @createTime 2022年08月27日*/
public class SimpleNettyClient46 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 客户端需要一个事件循环组EventLoopGroup eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();try {// 创建客户端启动对象， 注意是 BootStrapBootstrap bootstrap = new Bootstrap();// 设置相关参数bootstrap.group(eventLoopGroup) // 设置线程组.channel(NioSocketChannel.class) // 设置客户端通道实现类(反射).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {socketChannel.pipeline().addLast(new SimpleNettyClientHaandler()); // 加入自己的处理器}});System.out.println("client is ok");// 启动客户端去连接服务器// ChannelFuture， 设计到netty的异步模型ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect("127.0.0.1", 6668).sync();// 给关闭通道进行监听channelFuture.channel().closeFuture().sync();} finally {eventLoopGroup.shutdownGracefully();}}
}

2）netty客户端中的处理器

/*** @Description netty客户端处理器* @author xiao tang* @version 1.0.0* @createTime 2022年08月27日*/
public class SimpleNettyClientHaandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {// 当通道就绪就会触发该方法@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {System.out.println("client " + ctx);ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 服务器", StandardCharsets.UTF_8));}// 当通道有读取事件时，会触发@Overridepublic void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {ByteBuf byteBuf = (ByteBuf) msg;System.out.println("服务器回复消息：" + byteBuf.toString(StandardCharsets.UTF_8));System.out.println("服务器地址：" + ctx.channel().remoteAddress());}// 捕获异常@Overridepublic void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {cause.printStackTrace();ctx.close();}
}

【4.3】演示效果

server端：

... server is ready.
server ctx = ChannelHandlerContext(SimpleNettyServerHandler45#0, [id: 0x2995c48c, L:/127.0.0.1:6668 - R:/127.0.0.1:49427])
查看 channel 和 pipeline的关系
客户端发送消息：hello, 服务器
客户端地址：/127.0.0.1:49427

client端：

client is ok
client ChannelHandlerContext(SimpleNettyClientHaandler#0, [id: 0xe92524d8, L:/127.0.0.1:49427 - R:/127.0.0.1:6668])
服务器回复消息：hello, 客户端
服务器地址：/127.0.0.1:6668