Netty—线程模型基本介绍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

目前存在的线程模型有：

传统阻塞 I/O 服务模型 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(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)

传统阻塞 I/O 服务模型

工作原理图 黄色的框表示对象、蓝色的框表示线程、白色的框表示方法(API) 模型特点 采用阻塞IO模式获取输入的数据，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 问题分析 当并发数很大，就会创建大量的线程，占用很大系统资源，连接创建后，如果当前线程暂时没有数据可读，该线程会阻塞在read 操作，造成线程资源浪费

Reactor模式

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)
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
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

Reactor 模式中核心组成

**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；

**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。

channel 和 pipeline 是相互包含的关系

ChannelHandlerContext ctx 包含上下文信息，包含的内容非常多

Netty模型

1、用户程序自定义的普通任务

2、用户自定义的定时任务

3 、非当前Reactor 线程调用 Channel 的各种方法

例如在推送系统的业务线程里面，根据用户的标识，找到对应的 Channel 引用，然后调用 Write 类方法向该用户推送消息，就会进入到这种场景。最终的 Write 会提交到任务队列中后被异步消费

用户程序自定义的普通任务

@Slf4j
public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

    //读取数据实际(这里我们可以读取客户端发送的消息)
    /**
     * @param ctx ChannelHandlerContext ctx 上下文对象, 含有 管道pipeline , 通道channel, 地址 (滚到pipeline 含有多个 通道channel)
     * @param msg Object msg: 就是客户端发送的数据 默认Object
     * @throws Exception
     */
    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()); // nioEventLoopGroup-3-1
        // 用户程序自定义的普通任务 该任务比较费时，为了不浪费时间，让程序继续往下走，所以要异步执行，
        // 提交该channel 对应的NIOEventLoop 的 taskQueue 中

        // 解决方案1 用户程序自定义的普通任务
        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()); // nioEventLoopGroup-3-1
                try {
                    Thread.sleep(10 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~, 该任务耗时为10s~， go on ... ", CharsetUtil.UTF_8));
                } catch (InterruptedException e) {
                    log.error("发生异常" + e.getMessage());
                }
            }
        });

        // 注意：这和上面的任务是同一个线程里,所以是在上一个任务完成之后再执行的
        ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(20 * 1000);
                    ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("hello, 客户端~, 该任务耗时为20s~， go on ... ", CharsetUtil.UTF_8));
                } catch (InterruptedException e) {
                    log.error("发生异常" + e.getMessage());
                }
            }
        });
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()); // nioEventLoopGroup-3-1

    }
}

注意：这里执行new Runnable() 方法会将任务加入到任务队列里面，暂时不去执行，等到了其他执行完了，再去依次执行任务队列里的任务。

Netty 核心模块组件

Bootstrap、ServerBootstrap

Bootstrap 意思是引导，一个 Netty 应用通常由一个 Bootstrap 开始，主要作用是配置整个 Netty 程序，串联各个组件，Netty 中 Bootstrap 类是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap 是服务端启动引导类

常见方法

public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup) //该方法用于服务器端，用来设置两个 EventLoop
public B group(EventLoopGroup group) //该方法用于客户端，用来设置一个 EventLoop
public B channel(Class<? extends C> channelClass)//该方法用来设置一个服务器端的通道实现
public <T> B option(ChannelOption<T> option, T value) //用来给 ServerChannel 添加配置
public <T> ServerBootstrap childOption(ChannelOption<T> childOption, T value) //用来给接收到的通道添加配置
public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler) //该方法用来设置业务处理类（自定义的 handler）
public ChannelFuture bind(int inetPort) //该方法用于服务器端，用来设置占用的端口号
public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort) //该方法用于客户端，用来连接服务器端

Future、ChannelFuture

Netty 中所有的 IO 操作都是异步的，不能立刻得知消息是否被正确处理。但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFutures，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件

Channel channel() //返回当前正在进行 IO 操作的通道
ChannelFuture sync() //等待异步操作执行完毕

Channel

Netty 网络通信的组件，能够用于执行网络 I/O 操作。

2)通过Channel 可获得当前网络连接的通道的状态

3)通过Channel 可获得网络连接的配置参数（例如接收缓冲区大小）

4)Channel 提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接，读写，绑定端口)，异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回，并且不保证在调用结束时所请求的 I/O 操作已完成

5)调用立即返回一个 ChannelFuture 实例，通过注册监听器到 ChannelFuture 上，可以 I/O 操作成功、失败或取消时回调通知调用方

6)支持关联 I/O 操作与对应的处理程序

7)不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应，常用的 Channel 类型:

NioSocketChannel //异步的客户端 TCP Socket 连接。
NioServerSocketChannel //异步的服务器端 TCP Socket 连接。
NioDatagramChannel //异步的 UDP 连接。
NioSctpChannel //异步的客户端 Sctp 连接。
NioSctpServerChannel //异步的 Sctp 服务器端连接，这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。

Selector

1)Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用，通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件。

2)当向一个 Selector 中注册 Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(Select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel

ChannelHandler 及其实现类

1)ChannelHandler 是一个接口，处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作，并将其转发到其ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。

2)ChannelHandler 本身并没有提供很多方法，因为这个接口有许多的方法需要实现，方便使用期间，可以继承它的子类

ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。
ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。

//适配器
ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件。
ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作。
ChannelDuplexHandler 用于处理入站和出站事件。

public class ChannelInboundHandlerAdapter extends ChannelHandlerAdapter implements ChannelInboundHandler {
	// 注册成功事件
   public void channelRegistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelRegistered();
    }
		// 注册失败事件
    public void channelUnregistered(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelUnregistered();
    }

		// 通道就绪事件
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelActive();
    }

		// 
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelInactive();
    }

		// 通道读取数据事件
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        ctx.fireChannelRead(msg);
    }

		// 数据读取完毕事件
    public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelReadComplete();
    }

		// 
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) throws Exception {
        ctx.fireUserEventTriggered(evt);
    }

		// 
    public void channelWritabilityChanged(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        ctx.fireChannelWritabilityChanged();
    }

		// 通道发生异常
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)
            throws Exception {
        ctx.fireExceptionCaught(cause);
    }
}

Pipeline 和 ChannelPipeline

ChannelPipeline 是一个重点：

ChannelPipeline 是一个 Handler 的集合，它负责处理和拦截 inbound 或者 outbound 的事件和操作，相当于一个贯穿 Netty 的链。(也可以这样理解：ChannelPipeline 是保存 ChannelHandler 的 List，用于处理或拦截 Channel 的入站事件和出站操作)
ChannelPipeline 实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户可以完全控制事件的处理方式，以及 Channel 中各个的 ChannelHandler 如何相互交互
在 Netty 中每个 Channel 都有且仅有一个 ChannelPipeline 与之对应，它们的组成关系如下

一个 Channel 包含了一个 ChannelPipeline，而 ChannelPipeline 中又维护了一个由 ChannelHandlerContext 组成的双向链表，并且每个 ChannelHandlerContext 中又关联着一个 ChannelHandler

入站事件和出站事件在一个双向链表中，入站事件会从链表 head 往后传递到最后一个入站的 handler，出站事件会从链表 tail 往前传递到最前一个出站的 handler，两种类型的 handler 互不干扰

常用方法

ChannelPipeline addFirst(ChannelHandler... handlers) //把一个业务处理类（handler）添加到链中的第一个位置
ChannelPipeline addLast(ChannelHandler... handlers) //把一个业务处理类（handler）添加到链中的最后一个位置

ChannelHandlerContext

1)保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象

2)即ChannelHandlerContext 中包含一个具体的事件处理器 ChannelHandler ，同时ChannelHandlerContext 中也绑定了对应的 pipeline 和 Channel 的信息，方便对 ChannelHandler进行调用.

常用方法

ChannelFuture close() //关闭通道
ChannelOutboundInvoker flush() //刷新
ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) // 将数据写到 ChannelPipeline 中当前ChannelHandler 的下一个 ChannelHandler 开始处理（出站）

ChannelOption

Netty 在创建 Channel 实例后,一般都需要设置 ChannelOption 参数。

ChannelOption参数如下:

ChannelOption.SO_BACKLOG
对应 TCP/IP 协议 listen 函数中的 backlog 参数，用来初始化服务器可连接队列大小。服务端处理客户端连接请求是顺序处理的，所以同一时间只能处理一个客户端连接。多个客户端来的时候，服务端将不能处理的客户端连接请求放在队列中等待处理，backlog 参数指定了队列的大小。

ChannelOption.SO_KEEPALIVE
一直保持连接活动状态

EventLoopGroup 和其实现类 NioEventLoopGroup

EventLoopGroup 是一组 EventLoop 的抽象，Netty 为了更好的利用多核 CPU 资源，一般会有多个 EventLoop 同时工作，每个 EventLoop 维护着一个 Selector 实例。

EventLoopGroup 提供 next 接口，可以从组里面按照一定规则获取其中一个 EventLoop来处理任务。在 Netty 服务器端编程中，我们一般都需要提供两个 EventLoopGroup，例如：BossEventLoopGroup 和 WorkerEventLoopGroup

通常一个服务端口即一个 ServerSocketChannel对应一个Selector 和一个EventLoop线程。BossEventLoop 负责接收客户端的连接并将 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup 来进行 IO 处理，如下图所示

BossEventLoopGroup 通常是一个单线程的 EventLoop，EventLoop 维护着一个注册了ServerSocketChannel 的 Selector 实例BossEventLoop 不断轮询 Selector 将连接事件分离出来

通常是 OP_ACCEPT 事件，然后将接收到的 SocketChannel 交给 WorkerEventLoopGroup WorkerEventLoopGroup 会由 next 选择其中一个 EventLoop来将这个 SocketChannel 注册到其维护的 Selector 并对其后续的 IO 事件进行处理

常用方法

public NioEventLoopGroup() //构造方法
public Future<?> shutdownGracefully() //断开连接，关闭线程

Unpooled 类

Netty 提供一个专门用来操作缓冲区(即Netty的数据容器)的工具类

常用方法

//通过给定的数据和字符编码返回一个 ByteBuf 对象（类似于 NIO 中的 ByteBuffer 但有区别）
public static ByteBuf copiedBuffer(CharSequence string, Charset charset)

通过 readerIndex 和 writerIndex 和 capacity，将buffer分成三个区域，0---readerIndex 已经读取的区域，readerIndex---writerIndex 为可读的区域，writerIndex -- capacity 为可写的区域

代码举例

public class NettyByteBuf01 {
    public static void main(String[] args) {

        //创建一个ByteBuf
        //说明
        //1. 创建 对象，该对象包含一个数组arr , 是一个byte[10]
        //2. 在netty 的buffer中，不需要使用flip 进行反转
        //   底层维护了 readerIndex 和 writerIndex
        //3. 通过 readerIndex 和  writerIndex 和  capacity， 将buffer分成三个区域
        // 0---readerIndex 已经读取的区域
        // readerIndex---writerIndex ， 可读的区域
        // writerIndex -- capacity, 可写的区域
        ByteBuf buffer = Unpooled.buffer(10);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            buffer.writeByte(i);
        }

        System.out.println("capacity = " + buffer.capacity());

        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
            System.out.println(buffer.readByte());
        }

        System.out.println("task over~");
    }
}

public class NettyByteBuf02 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建ByteBuf
        ByteBuf byteBuf = Unpooled.copiedBuffer("hello, world", CharsetUtil.UTF_8);

        //使用相关的方法
        if (byteBuf.hasArray()) {
            byte[] content = byteBuf.array();
            //将 content 转成字符串
            System.out.println(new String(content, Charset.forName("utf-8")));

            System.out.println("byteBuf = " + byteBuf);

            System.out.println(byteBuf.arrayOffset()); // 0
            System.out.println(byteBuf.readerIndex()); // 0
            System.out.println(byteBuf.writerIndex()); // 12
            System.out.println(byteBuf.capacity()); // 64

            System.out.println(byteBuf.getByte(0)); // h 对应的字节码是104

            int len = byteBuf.readableBytes();
            System.out.println("len = " + len);

            //使用for取出各个字节
            for (int i = 0; i < len; i++) {
                System.out.println((char) byteBuf.getByte(i));
            }

            //按照某个范围读取
            System.out.println(byteBuf.getCharSequence(0, 4, Charset.forName("utf-8")));
            System.out.println(byteBuf.getCharSequence(4, 6, Charset.forName("utf-8")));
        }
    }
}

Netty—线程模型基本介绍

传统阻塞 I/O 服务模型

Reactor模式

Reactor 模式中 核心组成

Netty模型

用户程序自定义的普通任务

Netty 核心模块组件

Bootstrap、ServerBootstrap

Future、ChannelFuture

Channel

Selector

ChannelHandler 及其实现类

Pipeline 和 ChannelPipeline

ChannelHandlerContext

ChannelOption

EventLoopGroup 和其实现类 NioEventLoopGroup

Unpooled 类

Reactor 模式中核心组成