Netty之Reactor介绍

1 线程模型基本介绍

1. 不同的线程模式，对程序的性能有很大影响，为了搞清Netty 线程模式，我们来系统的讲解下各个线程模式，最后看看Netty线程模型有什么优越性.

2. 目前存在的线程模型有：传统阻塞I/O服务模型Reactor模式

3. 根据Reactor的数量和处理资源池线程的数量不同，有3种典型的实现，单Reactor单线程；单Reactor多线程；主从Reactor多线程

4. Netty线程模式：Netty主要基于主从Reactor多线程模型做了一定的改进，其中主从Reactor多线程模型有多个Reactor

2 Reactor模式

Reator对应的叫法：1.反应器模式 2. 分发者模式（Dispatcher）3.通知者模式（notifier）

针对传统阻塞/o服务模型的2个缺点，解决方案:

1. 基于I/O复用模型：多个连接共用一个阻塞对象，应用程序只需要在一个阻塞对象等待，无需阻塞等待所有连接。当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理

2. 基于线程池复用线程资源:不必再为每个连接创建线程，将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理，一个线程可以处理多个连接的业务。

● Reactor 模式 I/O复用结合线程池，就是Reactor模式基本设计思想，

1. Reactor模式， 通过一个或多个输入同时传递给服务处理器的模式(基于事件驱动)

2. 服务器端程序处理传入的多个请求，并将它们同步分派到相应的处理线程，因此Reactor模式也叫Dispatcher模式

3. Reactor 模式使用I/O复用监听事件，收到事件后，分发给某个线程(进程)，这点就是网络服务器高并发处理关键。
   

● Reactor 模式 Reactop模式中核心组成:

1. Reactor: Reactor 在一个单独的线程中运行，负责监听和分发事件，分发给适当的处理程序来对I/O事件做出反应。它就像公司的电话接线员，它接听来自客户的电话并将线路转移到适当的联系人。

2. Handlers: 处理程序执行I/O事件要完成的实际事件，类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。Reactor 通过调度适当的处理程序来响应I/0 事件，处理程序执行非阻塞操作。

3 单Reactor单线程模式

方案说明:

1. Select是前面I/O复用模型介绍的标准网络编程API，可以实现应用程序通过一个阻基对象监听多路连接请求

2. Reactor对象通过Select监控客户端请求事件，收到事件后通过 Dispatch进行分发

3. 如果是建立连接请求事件，则由Acceptor通过Accept处理连接请求，然后创建一个Handler对象处理连接完成后的后续业务处理

4. 如果不是建立连接事件，则 Reactor 会分发调用连接对应的 Handler来响应

5. Handler会完成Read→业务处理→Send的完整业务流程

结合实例:服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的lO操作（包括连接，读、写等)，编码简单，清晰明了，但是如果客户端连接数量较多，将无法支撑，前面的NIO案例就属于这种模型。

方案优缺点分析:

1. 优点：模型简单，没有多线程、进程通信、竞争的问题，全部都在一个线程中完成

2. 缺点：性能问题，只有一个线程，无法完全发挥多核CPU的性能。Handler在处理某个连接上的业务时，整个进程无法处理其他连接事件，很容易导致性能瓶颈

3. 缺点：可靠性问题，线程意外终止，或者进入死循环，会导致整个系统通信模块不可用，不能接收和处理外部消息，造成节点故障

4. 使用场景:客户端的数量有限，业务处理非常快速，比如 Redis在业务处理的时间复杂度O(1)的情况

4 单Reactor多线程

工作原理示意图:

方案说明

1. Reactor对象通过select监控客户端请求事件，收到事件后，通过dispatch进行分发
2. 如果建立连接请求，则右Acceptor通过accept处理连接请求，然后创建一个Handler对象处理完成连接后的各种事件；如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对应的handler来处理，handler只负责响应事件，不做具体的业务处理，通过read读取数据后，会分发给后面的worker线程池的某个线程处理业务，worker线程池会分配独立线程完成真正的业务，并将结果返回给handler，handler收到响应后，通过send将结果返回给client。

方案优缺点分析:

1. 优点:可以充分的利用多核cpu的处理能力
2. 缺点:多线程数据共享和访问比较复杂，Reactor处理所以的事件监听和响应，在单线程运行，在高并发场景容易出现并发瓶颈

5 主从Reactor模式

方案说明

1. Reactor主线程MainReactor对象通过select监听连接事件，收到事件后，通过Acceptor 处理连接事件

2. 当Acceptor处理连接事件后，MainReactor 将连接分配给SubReactor

3. subreactor 将连接加入到连接队列进行监听，并创建handler进行各种事件处理

4. 当有新事件发生时，subreactor就会调用对应的handler处理

5. handler 通过read读取数据，分发给后面的worker线程处理

6. worker线程池分配独立的worker线程进行业务处理，并返回结果

7. handler 收到响应的结果后，再通过send将结果返回给client

8. Reactor 主线程可以对应多个Reactor子线程,即MainRecator 可以关联多个SubReactor

主从Reactor多线程

方案优缺点说明:

1. 优点:父线程与子线程的数据交互简单职责明确，父线程只需要接收新连接，子线程完成后续的业务处理。
2. 优点：父线程与子线程的数据交互简单，Reactor 主线程只需要把新连接传给子线程，子线程无需返回数据。
3. 缺点:编程复杂度较高

结合实例：这种模型在许多项目中广泛使用，包括Nginx主从Reactor多进程模型， Memcached主从多线程，Netty 主从多线程模型的支持

3种模式用生活案例来理解

1. 单Reactor单线程，前台接待员和服务员是同一个人，全程为顾客服务
2. 单Reactor多线程，1 个前台接待员，多个服务员，接待员只负责接待
3. 主从Reactor多线程，多个前台接待员，多个服务员

Reactor模式具有如下的优点:

1. 响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然Reactor 本身依然是同步的

2. 可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销

3. 扩展性好，可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源

4. 复用性好，Reactor 模型本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性

参考：B站视频