Netty高性能之Reactor模型

Reactor模型

Reactor 是一种模式，它要求主线程只负责监听文件描述符（I/O处理单元）是否有事件发生，有的话就立即将该事件通知工作线程（逻辑单元）完成处理。除此之外，主线程不做任何其他实质性的工作。读写数据以及处理客户请求均在工作线程中完成。

Netty中的Reactor模型

Netty 中的 Reactor 模型主要由多路复用器 (Acceptor)、事件分发器 (Dispatcher)、事件处理器 (Handler) 组成，可以分为单线程模型，多线程模型和主从Reactor多线程模型三种。

• Reactor单线程模型

• Reactor多线程模型

• 主从Reactor多线程模型

Reactor 模式可以参考：Reactor模式详解＋源码实现

1. 单线程模型

所有 I/O 操作都由一个线程完成，即多路复用、事件分发和处理都是在一个 Reactor 线程上完成的，一个 Reactor 线程就是一个 NIO 线程。

​Reactor 单线程模型使用的是一个 NIO 线程， NIO 使用的是非阻塞 I/O，所有的 I/O 操作都不会阻塞，所以一个线程可以处理多个 TCP 连接请求。

对于一些小容量应用场景，可以使用单线程模型，但是对于高负载、大并发的应用却不合适，主要原因如下：

• 一个 NIO 线程同时处理成百上千的链路，性能上无法支撑。即便 NIO 线程的CPU负荷达到100%，也无法满足海量消息的编码、解码、读取和发送；

• 当 NIO 线程负载过重之后，处理速度将变慢，这会导致大量客户端连接超时，超时之后往往进行重发，这更加重了 NIO 线程的负载，最终导致大量消息积压和处理超时，NIO 线程会成为系统的性能瓶颈；

• 可靠性问题。一旦 NIO 线程意外跑飞，或者进入死循环，会导致整个系统通讯模块不可用，不能接收和处理外部信息，造成节点故障。

2 Reactor多线程模型

Reactor多线程模型与单线程模型最大区别就是有一组 NIO 线程处理 I/O 操作，它的特点如下：

• 有一个专门的 NIO 线程用于监听服务端，接收客户端的TCP连接请求；

• 网络I/O读、写操作等由一个 NIO 线程池负责，线程池可以采用标准的 JDK 线程池实现（Netty 扩展了 JDK 线程池），它包含一个任务队列和 N 个可用的线程，由这些 NIO 线程负责消息的读取、解码、编码和发送；

• 1个 NIO 线程可以同时处理 N 条链路，但是 1 个链路只对应 1 个 NIO 线程，防止发生并发操作问题。

​在绝大多数场景下，Reactor 多线程模型都可以满足性能需求；但是，在极特殊应用场景中，一个 NIO 线程负责监听和处理所有的客户端连接可能会存在性能问题。例如百万客户端并发连接，或者服务端需要对客户端的握手信息进行安全认证，认证本身非常损耗性能。这类场景下，单独一个 Acceptor 线程可能会存在性能不足问题，为了解决性能问题，产生了第三种 Reactor 线程模型 - 主从 Reactor 多线程模型。

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3 主从Reactor多线程模型

服务端用于接收客户端连接的不再是1个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。Acceptor接收到客户端TCP连接请求处理完成后（可能包含接入认证等），将新创建的SocketChannel注册到I/O线程池（subReactor线程池）的某个I/O线程上，由它负责SocketChannel的读写和编解码工作。

Acceptor 线程池只用于客户端的登录、握手和安全认证，一旦链路建立成功，就将链路注册到后端 subReactor 线程池的 I/O 线程上，有 I/O 线程负责后续的 I/O 操作。

​1 Netty线程模型

Netty 的线程模型并不是一成不变的，它实际取决于启动参数配置。通过设置不同的启动参数来支持 Reactor 不同的线程模型。Netty 支持 Reactor 单线程模型、多线程模型、主从多线程模型。

Netty启动示例

这里给出的是都是 Netty 服务端的启动示例。

public static void main(String[] args) throws Exception {
 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
 EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
 try {
 ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
        b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
 .childHandler(new ChannelInitializer() {
 @Override
 public void initChannel(SocketChannel ch) {
 ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                    p.addLast(new DiscardServerHandler());
 }
 });
 ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();
        f.channel().closeFuture().sync();
 } finally {
        workerGroup.shutdownGracefully();
        bossGroup.shutdownGracefully();
 }
} 

每一个 EventLoopGroup 都是 Reactor 的线程池。ServerBootstrap.group 需要接受两个参数 EventLoopGroup 参数。 一个是处理接收客户端的 TCP 连接（NIO 的 SelectionKey.OPCONNECT），另一个是处理 I/O 相关的操作（NIO 的 SelectionKey.OPREAD, SelectionKey.OP_WRITE）。

1 Netty单线程模型

public static void main(String[] args) throws Exception {
 EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
 try {
 ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
        b.group(group, group) // 或者 b.group(group)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
 .childHandler(new ChannelInitializer() {
 @Override
 public void initChannel(SocketChannel ch) {
 ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                    p.addLast(new DiscardServerHandler());
 }
 });
 ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();
        f.channel().closeFuture().sync();
 } finally {
        workerGroup.shutdownGracefully();
        bossGroup.shutdownGracefully();
 }
}

创建只有一个线程的 Reactor 线程池。把处理接收客户端 TCP 连接的 Reactor 线程池和处理I/O相关操作的 Reactor 线程池都是使用这个只有一个线程的 Reactor 线程池。

2 Netty多线程模型

public static void main(String[] args) throws Exception {
 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
 EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
 try {
 ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
        b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
 .childHandler(new ChannelInitializer() {
 @Override
 public void initChannel(SocketChannel ch) {
 ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                    p.addLast(new DiscardServerHandler());
 }
 });
 ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();
        f.channel().closeFuture().sync();
 } finally {
        workerGroup.shutdownGracefully();
        bossGroup.shutdownGracefully();
 }
}

创建两个 Reactor 线程池，处理客户端 TCP 连接的线程池只有1个线程，而处理 I/O 的Reactor 线程池有多个线程处理。不知道线程数则默认是 2* CPU 个数。

Netty主从多线程模型

public static void main(String[] args) throws Exception {
 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
 EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
 try {
 ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
        b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
 .childHandler(new ChannelInitializer() {
 @Override
 public void initChannel(SocketChannel ch) {
 ChannelPipeline p = ch.pipeline();
                    p.addLast(new DiscardServerHandler());
 }
 });
 ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync();
        f.channel().closeFuture().sync();
 } finally {
        workerGroup.shutdownGracefully();
        bossGroup.shutdownGracefully();
 }
} 

创建两个 Reactor 线程池，处理客户端 TCP 连接的线程池和处理 I/O 操作的线程池都是多个线程处理。

原文地址：Netty高性能之Reactor模型