Netty Reactor 模式解析

目录

Reactor 模式        

具体流程

配置 

初始化

NioEventLoop 

ServerBootstrapAcceptor 分发

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Reactor 模式        

在刚学 Netty 的时候，我们肯定都很熟悉下面这张图，它就是单Reactor多线程模型。

在写Netty 服务端代码的时候，下面的代码时必不可少的，这是为什么呢？

public static void main(String[] args) {
    EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
    EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(4);
    ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
    bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
              .channel(NioServerSocketChannel.class)
              .childHandler(new NettyServerHandler(), new NettyServerHandler2());
    System.out.println("netty server start...");
    bootstrap.bind(9000);
}

        在 Netty 里，EventLoopGroup 就是线程池，不论 bossGroup 还是 workerGroup，它们里面的线程都叫 EventLoop。

        EventLoopGroup 就是一个线程池，bossGroup 叫连接线程池，它一般只有一个线程，workerGroup 叫工作线程池，它一般会有多个线程。bossGroup 线程池里的线程专门监听客户端连接事件，监听是否有 SelectionKey.OP_ACCEPT 事件被触发，所以 1 个线程就够用了，当它监听到有客户端请求连接时，它会把这个连接交给 workerGroup 里的一个线程去处理，这个过程叫分发，这个工作线程会为这个客户端建立一个 NIOSocketChannel，并注册到这个工作线程绑定的IO多路复用选择器 Selector 里，一个Selector可以接受多个 NIOSocketChannel 的注册，所以一个工作线程可以处理多个客户端。   这就是Reactor 模式，一个工作线程可以处理多个客户端，比 Java 传统的一个客户端对应一个工作线程节约了很多线程，减少了大量线程创建，线程切换，线程销毁的开销，所以Netty 性能很好。

        上面短短的服务端代码做了很多工作，当它刚启动还没有客户端请求连接时，bossGroup 连接线程池里的一个线程 EventLoop 会初始化一个 NioServerSocketChannel ，并把这个Channel注册到这个EventLoop 持有的IO多路复用选择器Selector里，Selector 会监听Channel里的 SelectionKey.OP_ACCEPT 事件，一旦有客户端连接过来，它会通过下面代码获取到一个

SocketChannel ch = javaChannel().accept();

NioSocketChannel，并把这个 NioSocketChannel 注册到 workerGroup 工作线程池里的一个EventLoop 里，它使用了一个叫 ServerBootstrapAcceptor 的 ChannelInboundHandler接口类去完成这个过程，连接完成后，后续这个客户端和服务端的交互和数据读写都在这个 EventLoop 完成。

具体流程

        下面我们看一下代码，Netty 代码中使用了很多继承，在继承中可以把子类相同的部分代码提到父类去完成，很多子类生成初始化的时候，它会调用父类的构造方法去完成，这个要注意。

配置 

        下面的代码主要做一些启动器的配置，group(bossGroup, workerGroup) 会设置连接线程池和工作线程池，后面有连接事件或读事件过来要处理时，它会从这些线程池里取线程去执行；channel(NioServerSocketChannel.class) 指定要生成服务端Channel，它只会监听SelectionKey.OP_ACCEPT 事件，childHandler(new NettyServerHandler(), new NettyServerHandler2()) 是我们业务处理的逻辑。

bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
        .channel(NioServerSocketChannel.class)
        .childHandler(new NettyServerHandler(), new NettyServerHandler2());

初始化

        bind() 会把 ServerBootstrapAcceptor 添加到 NioServerSocketChannel 的 pipeline ，它会处理连接；获取一个 bossGroup 线程池里的 EventLoop并和 NioServerSocketChannel  进行绑定。

bootstrap.bind(9000)

public abstract class AbstractBootstrap, C extends Channel> {
    public void bind(int inetPort) {
        doBind(new InetSocketAddress(inetPort));
    } 
    // bind 流程
    private void doBind(final SocketAddress localAddress) {
        initAndRegister();
        // 让channel绑定的线程处理
        channel.eventLoop().execute(()->{
            // 绑定指定端口
            channel.bind(localAddress);
        });
    } 
    // 初始化和注册
    final void initAndRegister() {
        init(channel);
        // 把 NioServerSocketChannel 注册到一个复杂连接事件的 EventLoop 的 Selector 里 
        group.register(channel);
    } 
    // 把 ServerBootstrapAcceptor 添加到 NioServerSocketChannel 的 pipeline 里
    abstract void init(Channel channel);
}

NioEventLoop 

        现在要说一下 NioEventLoop，它拥有一个IO多路复用选择器 Selector，这个线程会在一个死循环里工作，永远也会停止；这个线程它会先执行一下 selector.select(1000)，阻塞监听1秒，看看有没有Channel有事件过来，有就去处理任务，没有就等待1秒钟再超时放弃，再看看自己的任务队列有没有可执行的任务，有就去处理任务，没有就继续进行死循环，继续执行 selector.select(1000)。无论是连接线程还是工作线程都这样处理，因为它们共用了这套逻辑。

public class NioEventLoop extends SingleThreadEventLoop {
    @Override
    protected void run() {
        for (;;) {
            try {
                select();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                # 处理事件
                processSelectedKeys();
            } finally {
                runAllTasks();
            }
        }
    }
    private void select() throws IOException {
        // 拿到多路复用器
        Selector selector = this.selector;
        for (;;) {
            // 等待，简化固定1秒
            int selectedKeys = selector.select(1000);
            // 如果有事件发生或当前有任务跳出循环
            if (selectedKeys != 0 || hasTasks()) {
                break;
            }
        }
    }
}

像下面这种 channel.eventLoop().execute(Runnable), 它也只是把 Runnable 加入到任务处理队列，稍后执行。

public abstract class AbstractBootstrap, C extends Channel> { 
    private void doBind(final SocketAddress localAddress) {
        ...
        channel.eventLoop().execute(()->{ 
            channel.bind(localAddress);
        });
    }  
}
public abstract class SingleThreadEventExecutor implements Executor {    
    // 待执行任务队列
    private final Queue taskQueue;   
    @Override
    public void execute(Runnable task) {
        // 把任务添加到 EventLoop 的任务队列，EventLoop 是 SingleThreadEventExecutor 的子类
        addTask(task);
        // 执行 EventLoop 的 run 逻辑
        startThread();
    }
}

        当 NioServerSocketChannel.accept() 监听到一个客户端连接，它会把这个 NIOSocketChannel 通过 pipeline 处理，最终被 ServerBootstrapAcceptor 所处理，

public class NioServerSocketChannel extends AbstractNioMessageChannel {
    @Override
    protected int doReadMessages(List