一、概述

1.1、原生NIO存在的问题

　　1）NIO的类库和API复杂，使用麻烦，需要熟练掌握Selector，ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等。

　　2）需要具备其他的额外技能，需要熟悉Java多线程编程，因为NIO涉及到Reactor模式，必须熟悉多线程和网络编程，才能写出高质量的NIO程序

　　3）开发工作量和难度比较大，如，客户端面临断连重连、网络闪断，半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常流的处理等

　　4）JDK NIO的bug，如Epoll Bug，他会导致Selector空轮询，最终导致CPU100%，直到jdk1.7版本该问题仍存在，没有根本解决。

1.2、Netty介绍

1.2.1、官网介绍

　　官网地址：https://netty.io/

　　官网含义：Netty is an asynchronous event-driven network application framework for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients.

　　1）开源框架，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、高可靠的网络IO程序。

　　2）简化现有NIO开发流程

　　3）使用广泛，如大数据、游戏、通信，如ElasticSearch、Dubbo等。

1.2.2、优点

1）对JDK自带的NIO进行了封装，解决上述bug

2）设计优雅：适用于各种传输类型统一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。

3）适用方便，无其他依赖项，JDK5（3.x）或6（netty 4.x）

4）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

5）安全；完整的ssl\TLS和StartTLS支持

1.2.3、版本

netty3.X 比较旧；netty5.x废弃；netty4.x推荐适用，适用maven引入

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty-all</artifactId>
    <version>4.1.65.Final</version>
</dependency>

二、Netty线程模型

2.1、 线程模型介绍

不同线程模型，对程序的性能影响很大，目前从存在的线程模型有：传统阻塞IO模型和Reactor模式；

Reactor模式

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

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

参看书籍：Scalable IO in java

2.1.1、传统IO阻塞服务模型

1）工作原理图

2）模型特点

a、采用阻塞IO模式获取输入

b、每个连接都需要独立的线程完成数据的输入，业务处理、数据返回

3）问题分析

a、当并发数很大，就会创建大量的线程、占用很大系统资源

b、连接创建后，如果当前线程这哪是没有数据可读，该线程就会阻塞在read操作，造成线程资源浪费；

2.1.2、Reactor模式

Reactor常用叫法：反应器模式；2分发者模式（DIspatcher）3通知这模式（notifier）

a、针对传统IO服务模型的2个缺点，解决方案：

1）基于IO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）基于线程池服用线程资源，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。

b、设计思想：IO复用结合线程池

说明：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模式号私用IO复用监听事件，收到事件后，分发给某个线程，这点就是网络服务器高并发处理关键。

c、核心组成

1）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事件作出反应。

2）Handlers，处理程序执行IO事件要完成的实际事件。Reactor通过调度适当的处理程序来相应IO事件，处理程序执行非阻塞操作。

d、Reactor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）扩展性号，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

2.1.2.1、单Reactor单线程【不常用，原Redis使用】

上节的NIO原生API的群聊即是此种模式

方案说明：1）Select就是前面IO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

优缺点：优点：1）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

缺点1）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

缺点2）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。

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。

2.1.2.2、单Reactor多线程

工作原理图：

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，则由Acceptor通过accept处理连接请求，然后创建一个Handler对象处理完连接后的各种事件

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）wocker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收到相应后，通过send将结果返回给client

b、优缺点

优点：可以充分利用多核CPU的处理能力

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

2.1.2.3、主从Reactor多线程

针对单Reactor多线程模型中，在单线程运行，在高并发场景容易出现性能瓶颈，可以让Reactor在多线程中运行

工作原理图

优缺点：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链接，子线程完成后续的业务处理；

缺点：编程复杂度较高

应用：Nginx主从Reactor多进程模型，Memcached主从多线程模式，Netty主从多线程模式