Java開發(fā)中Netty線程模型原理解析

Java開發(fā)中Netty線程模型原理解析，Netty是Java領(lǐng)域有名的開源網(wǎng)絡(luò)庫具有高性能和高擴(kuò)展性的特點(diǎn)，很多流行的框架都是基于它來構(gòu)建。Netty 線程模型不是一成不變的，取決于用戶的啟動(dòng)參數(shù)配置。通過設(shè)置不同的啟動(dòng)參數(shù)Netty ,可同時(shí)支持 Reactor 單線程模型、多線程模型。

Netty線程模型就是Reactor模式的實(shí)現(xiàn)，如圖：

Netty抽象了兩組線程池BossGroup和WorkerGroup，其類型都是NioEventLoopGroup，BossGroup用來接受客戶端發(fā)來的連接WorkerGroup則負(fù)責(zé)對(duì)完成TCP三次握手的連接進(jìn)行處理。

NioEventLoopGroup里面包含了多個(gè)NioEventLoop管理NioEventLoop的生命周期。每個(gè)NioEventLoop中包含了一個(gè)NIO Selector、一個(gè)隊(duì)列、一個(gè)線程；其中線程用來做輪詢注冊(cè)到Selector上的Channel的讀寫事件和對(duì)投遞到隊(duì)列里面的事件進(jìn)行處理。

Boss NioEventLoop線程的執(zhí)行步驟：

（1）處理accept事件與client建立連接, 生成NioSocketChannel。

（2）將NioSocketChannel注冊(cè)到某個(gè)worker NIOEventLoop上的selector

（3）處理任務(wù)隊(duì)列的任務(wù) 即runAllTasks。

Worker NioEventLoop線程的執(zhí)行步驟：

（1）輪詢注冊(cè)到自己Selector上的所有NioSocketChannel的read和write事件。

（2）2處理read和write事件在對(duì)應(yīng)NioSocketChannel處理業(yè)務(wù)。

（3）#runAllTasks處理任務(wù)隊(duì)列TaskQueue的任務(wù)，一些耗時(shí)的業(yè)務(wù)處理可以放入TaskQueue中慢慢處理這樣不影響數(shù)據(jù)在pipeline中的流動(dòng)處理。

Worker NIOEventLoop處理NioSocketChannel業(yè)務(wù)時(shí)，使用了pipeline (管道)，管道中維護(hù)了handler處理器鏈表用來處理channel中的數(shù)據(jù)。

ChannelPipeline

Netty將Channel的數(shù)據(jù)管道抽象為ChannelPipeline，消息在ChannelPipline中流動(dòng)和傳遞。ChannelPipeline持有I/O事件攔截器ChannelHandler的雙向鏈表，由ChannelHandler對(duì)I/O事件進(jìn)行攔截和處理，可以方便的新增和刪除ChannelHandler來實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)邏輯定制不需要對(duì)已有的ChannelHandler進(jìn)行修改能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)修改封閉和對(duì)擴(kuò)展的支持。

ChannelPipeline是一系列的ChannelHandler實(shí)例，流經(jīng)一個(gè)Channel的入站和出站事件可以被ChannelPipeline 攔截。每當(dāng)一個(gè)新的Channel被創(chuàng)建了，都會(huì)建立一個(gè)新的ChannelPipeline并綁定到該Channel上，這個(gè)關(guān)聯(lián)是永久性的；Channel既不能附上另一個(gè)ChannelPipeline也不能分離當(dāng)前這個(gè)。這些都由Netty負(fù)責(zé)完成，而無需開發(fā)人員的特別處理。

根據(jù)起源一個(gè)事件將由ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler處理，ChannelHandlerContext實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)或傳播到下一個(gè)ChannelHandler。一個(gè)ChannelHandler處理程序可以通知ChannelPipeline中的下一個(gè)ChannelHandler執(zhí)行。Read事件（入站事件）和write事件（出站事件）使用相同的pipeline，入站事件會(huì)從鏈表head 往后傳遞到最后一個(gè)入站的handler出站事件會(huì)從鏈表tail往前傳遞到最前一個(gè)出站的 handler，兩種類型的 handler 互不干擾。

ChannelInboundHandler回調(diào)方法：

ChannelInboundHandler回調(diào)方法

異步非阻塞

寫操作：通過NioSocketChannel的write方法向連接里面寫入數(shù)據(jù)時(shí)候是非阻塞的，馬上會(huì)返回即使調(diào)用寫入的線程是我們的業(yè)務(wù)線程。Netty通過在ChannelPipeline中判斷調(diào)用NioSocketChannel的write的調(diào)用線程是不是其對(duì)應(yīng)的NioEventLoop中的線程，如果發(fā)現(xiàn)不是則會(huì)把寫入請(qǐng)求封裝為WriteTask投遞到其對(duì)應(yīng)的NioEventLoop中的隊(duì)列里面，然后等其對(duì)應(yīng)的NioEventLoop中的線程輪詢讀寫事件時(shí)候，將其從隊(duì)列里面取出來執(zhí)行。

讀操作：當(dāng)從NioSocketChannel中讀取數(shù)據(jù)時(shí)候并不是需要業(yè)務(wù)線程阻塞等待，而是等NioEventLoop中的IO輪詢線程發(fā)現(xiàn)Selector上有數(shù)據(jù)就緒時(shí)，通過事件通知方式來通知業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)已就緒，可以來讀取并處理了。

每個(gè)NioSocketChannel對(duì)應(yīng)的讀寫事件都是在其對(duì)應(yīng)的NioEventLoop管理的單線程內(nèi)執(zhí)行，對(duì)同一個(gè)NioSocketChannel不存在并發(fā)讀寫，所以無需加鎖處理。

使用Netty框架進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，當(dāng)我們發(fā)起I/O請(qǐng)求后會(huì)馬上返回，而不會(huì)阻塞我們的業(yè)務(wù)調(diào)用線程；如果想要獲取請(qǐng)求的響應(yīng)結(jié)果，也不需要業(yè)務(wù)調(diào)用線程使用阻塞的方式來等待，而是當(dāng)響應(yīng)結(jié)果出來的時(shí)候，使用I/O線程異步通知業(yè)務(wù)的方式，所以在整個(gè)請(qǐng)求 -> 響應(yīng)過程中業(yè)務(wù)線程不會(huì)由于阻塞等待而不能干其他事情。

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