Netty 采用了 Reactor 线程模型的设计。

什么是 Reactor#

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Wikipedia 的定义是：

The reactor design pattern is an event handling pattern for handling service requests delivered concurrently to a service handler by one or more inputs. The service handler then demultiplexes the incoming requests and dispatches them synchronously to the associated request handlers.

从上面的定义可以看出有几个重点：

1. 事件驱动

2. 能处理一个或多个输入源

3. 多路复用、分发事件给对应的处理器

Reactor 线程模型有几个角色：

1. Reactor：负责响应事件，将事件分发给绑定了该事件的 Handler 处理；

2. Handler：事件处理器，绑定了某类事件，负责对事件进行处理；

3. Acceptor：Handler 的一种，绑定了连接事件。当客户端发起连接请求时，Reactor 会将 accept 事件分发给 Acceptor 处理。

简单来说，其核心原理是 Reactor 负责监听事件，在监听到事件之后，分发给相关线程的处理器进行处理。

为什么用 Reactor#

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我们先来看看传统阻塞 I/O 模型的缺点：

1. 每个连接都需要独立线程处理，当并发数大时，创建线程数多，占用资源

2. 采用阻塞 I/O 模型，连接建立后，若当前线程没有数据可读，线程会阻塞在读操作上，造成资源浪费

针对传统阻塞 I/O 模型的两个问题，可以采用如下的方案

1. 基于池化思想，避免为每个连接创建线程，连接完成后将业务处理交给线程池处理

2. 基于 I/O 复用模型，多个连接共用同一个阻塞对象，不用等待所有的连接。遍历到有新数据可以处理时，操作系统会通知程序，线程跳出阻塞状态，进行业务逻辑处理

Reactor 线程模型的思想就是 线程池 和 I/O复用 的结合。

为了帮助你更好地了解 Netty 线程模型的设计理念，我们将从最基础的单 Reactor 单线程模型开始介绍，然后逐步增加模型的复杂度，最终到 Netty 目前使用的非常成熟的线程模型设计。

1. 单 Reactor 单线程#

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Reactor 对象监听客户端请求事件，收到事件后通过进行分发。

• 如果是建立连接事件，则由 Acceptor 通过 Accept 处理连接请求，然后创建一个 Handler 对象处理连接建立之后的业务请求。

• 如果是读写事件，则 Reactor 会将事件分发对应的 Handler 来处理，由单线程调用 Handler 对象来完成读取数据、业务处理、发送响应的完整流程。

具体情况如下图所示：

单 Reactor 单线程的优点就是：线程模型简单，没有引入多线程，自然也就没有多线程并发和竞争的问题。

但其缺点也非常明显，那就是性能瓶颈问题，一个线程只能跑在一个 CPU 上，能处理的连接数是有限的，无法完全发挥多核 CPU 的优势。一旦某个业务逻辑耗时较长，这唯一的线程就会卡在上面，无法处理其他连接的请求，程序进入假死的状态，可用性也就降低了。正是由于这种限制，一般只会在客户端使用这种线程模型。

2. 单 Reactor 多线程#

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其流程跟 “单 Reactor 单线程” 的流程差不多，也是 Acceptor 处理连接事件，Handler 处理读写事件。

唯一的区别就是：Handler 处理请求的时候，使用的是 线程池 来处理。

很明显，单 Reactor 多线程的模型可以充分利用多核 CPU 的处理能力，提高整个系统的吞吐量，但引入多线程模型就要考虑线程并发、数据共享等问题。

在这个模型中，只有一个线程来处理 Reactor 监听到的所有 I/O 事件，其中就包括连接建立事件以及读写事件，当连接数不断增大的时候，这个唯一的 Reactor 线程也会遇到瓶颈。

3. 主从 Reactor 多线程#

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为了解决单 Reactor 多线程模型中的问题，我们可以引入多个 Reactor。

• Reactor 主线程接收建立连接事件，然后给 Acceptor 处理。网络连接建立之后，主 Reactor 会将连接分配给 子 Reactor 进行后续监听。

• 子 Reactor 分配到连接之后，负责监听该连接上的读写事件。读写事件到来时分发给 Worker 线程池的 Handler 处理。

4. Netty 线程模型#

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Netty 同时支持上述几种线程模式，Netty 针对服务器端的设计是在主从 Reactor 多线程模型的基础上进行的修改，如下图所示：

Netty 抽象出两组线程池：BossGroup 专门用于接收客户端的连接，WorkerGroup 专门用于网络的读写。

BossGroup 里的线程 会监听连接事件，与客户端建立网络连接后，生成相应的 NioSocketChannel 对象，表示一条网络连接。之后会将 NioSocketChannel 注册到 WorkerGroup 中某个线程上。

WorkerGroup 里的线程会监听对应连接上的读写事件，当监听到读写事件的时候，会通过 Pipeline 添加的多个处理器进行处理，每个处理器中都可以包含一定的逻辑，例如编解码、心跳、业务逻辑等。

Netty 的核心组件#

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介绍完 Netty 优秀的线程模型设计，接下来开始介绍 Netty 的核心组件。

1. EventLoopGroup / EventLoop#

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在前面介绍 Netty 线程模型的时候，提到 BossGroup 和 WorkerGroup，他们就是 EventLoopGroup，一个 EventLoopGroup 当中会包含一个或多个 EventLoop，EventLoopGroup 提供 next 接口，可以从一组 EventLoop 里面按照一定规则获取其中一个 EventLoop 来处理任务。EventLoop 从表面上看是一个不断循环的线程。

EventLoop 最常用的实现类是：NioEventLoop，一个 NioEventLoop 包含了一个 Selector 对象， 可以支持多个 Channel 注册在其上，该 NioEventLoop 可以同时服务多个 Channel，每个 Channel 只能与一个 NioEventLoop 绑定，这样就实现了线程与 Channel 之间的关联。

EventLoop 并不是一个纯粹的 I/O 线程，它除了负责 I/O 的读写之外，还兼顾处理以下两类任务：

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