【云原生 | 中间件】Netty是干什么的？

一、Neety官网简介

1、Netty 是由 JBOSS 提供的一个 Java 开源框架。Netty 提供异步的、基于事件驱动的网 络应用程序框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络 IO 程序。
2、Netty 可以帮助你快速、简单的开发出一个网络应用，相当于简化和流程化了 NIO 的 开发过程。
3、Netty 是目前最流行的 NIO 框架，Netty 在互联网领域、大数据分布式计算领域、游 戏行业、通信行业等获得了广泛的应用，知名的 Elasticsearch 、Dubbo 框架内部都采 用了 Netty。

二、Netty的优点

Netty 对 JDK 自带的 NIO 的 API 进行了封装，解决了上述问题。

1、设计优雅

适用于各种传输类型的统一 API 阻塞和非阻塞 Socket；基于灵活且可扩展 的事件模型，可以清晰地分离关注点；高度可定制的线程模型 - 单线程，一个或多个 线程池。

2、使用方便

详细记录的 Javadoc，用户指南和示例；没有其他依赖项，JDK 5（Netty 3.x）或 6（Netty 4.x）就足够了。

3、高性能、吞吐量更高

延迟更低；减少资源消耗；最小化不必要的内存复制。

4、安全

完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持。

5、社区活跃、不断更新

社区活跃，版本迭代周期短，发现的 Bug 可以被及时修复， 同时，更多的新功能会被加入。

三、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

1. 单 Reactor 单线程；
2. 单 Reactor 多线程；
3. 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。

四、Reactor 模式

针对传统阻塞 I/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 Reactor 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) 。

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。

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IO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。

五、Reactor 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 IO 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/O 事件，处理程序执行非阻塞操作。

六、Reactor 模式分类

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

1. 单 Reactor 单线程
2. 单 Reactor 多线程
3. 主从 Reactor 多线程

单 Reactor 单线程工作原理示意图

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 塞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 IO 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。

七、单 Reactor 单线程优缺点分析

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。

八、单Reactor多线程

1、单Reactor多线程结构图

针对单 Reactor 多线程模型中，Reactor 在单线程中运行，高并发场景下容易成为性能瓶颈，可以让 Reactor 在多线程中运行。

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、
3. 如果不是连接请求，则由reactor分发调用连接对 应的handler 来处理。
4. 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。
5. 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 。
6. handler收到响应后，通过send 将结果返回给 client。

2、单Reactor多线程方案优缺点分析：

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 处理所有的事件的监听和响应，在 单线程运行， 在高并发场景容易出现性能瓶颈.

九、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。

十、Reactor 模式小结

1、三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。
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，多个服务生 。

2、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。

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