學(xué)習(xí)Netty就不得不從TCP服務(wù)器和I/O模型說(shuō)起，了解TCP服務(wù)器架構(gòu)和I/O模型的演進(jìn)有助于深入了解Netty。

TCP服務(wù)器的架構(gòu)

一般地，TCP服務(wù)器有兩種套接字，監(jiān)聽(tīng)套接字和已連接套接字。監(jiān)聽(tīng)套接字用于TCP的監(jiān)聽(tīng)，一旦連接建立便產(chǎn)生已連接套接字，服務(wù)器利用已連接套接字與客戶端進(jìn)行通信。

• 迭代服務(wù)器
• 在迭代服務(wù)器中，監(jiān)聽(tīng)套接字會(huì)一直阻塞直到能夠接受連接，接受連接后利用已連接套接字與客戶端通信，這些工作都是在同一個(gè)線程中完成的，示意Java代碼如下。這種模式是串行處理，很難應(yīng)對(duì)并發(fā)量較大的情況。

try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) { while (true) { Socket socket = serverSocket.accept(); // ... }} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}

• 并發(fā)服務(wù)器
• 在并發(fā)服務(wù)器中，監(jiān)聽(tīng)套接字會(huì)一直阻塞直到能夠接受連接，接受連接后，服務(wù)器會(huì)讓子線程/進(jìn)程去處理已連接套接字，示意Java代碼如下。這種模式雖然是并行處理，可以不干擾服務(wù)端的監(jiān)聽(tīng)，但是由于每次新來(lái)一個(gè)請(qǐng)求就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的線程去處理，出于資源的考慮很難應(yīng)對(duì)高并發(fā)的情況。

try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) { while (true) { final Socket socket = serverSocket.accept(); new Thread(() -> { // ... }).start(); }} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}

• IO多路復(fù)用(事件驅(qū)動(dòng))
• 為了能在一個(gè)線程中處理多個(gè)連接，可以使用IO多路復(fù)用(事件驅(qū)動(dòng))，典型的有Linux C中的select、poll和epoll，Java的Selector類(lèi)等。以Selector為例，調(diào)用者在選擇器上為不同的連接注冊(cè)自己感興趣的事件(可讀/可寫(xiě)/可接受/可連接)，然后阻塞在select上，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)調(diào)用者便會(huì)得到通知，并且知道是哪個(gè)連接觸發(fā)了事件，以便可以進(jìn)一步處理。
• Selector實(shí)現(xiàn)的HTTP服務(wù)器示意如下：

public class NioServer { private static final int BUFFER_SIZE = 512; private static final String HTTP_RESPONSE_BODY = "Hello wolrd"; private static final String HTTP_RESPONSE_HEADER = "HTTP/1.1 200" + "Content-Type: text/html" + "Content-Length: " + HTTP_RESPONSE_BODY.length() + ""; private static final String HTTP_RESPONSE = HTTP_RESPONSE_HEADER + HTTP_RESPONSE_BODY; // IO多路復(fù)用 public void selector(int port) { try (ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); Selector selector = Selector.open()) { serverSocketChannel.configureBlocking(false); serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port)); serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); while (true) { int readyChannels = selector.select(); if (readyChannels == 0) { continue; } Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator iter = selectedKeys.iterator(); while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); if (key.isAcceptable()) { SocketChannel channel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept(); System.out.println("accept: " + channel); channel.configureBlocking(false); channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); } if (key.isReadable()) { SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); System.out.println("read: " + channel); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER_SIZE); int bytesRead = channel.read(buffer); while (bytesRead > 0) { buffer.flip(); while (buffer.hasRemaining()) { System.out.print((char) buffer.get()); } buffer.clear(); bytesRead = channel.read(buffer); } ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.wrap(HTTP_RESPONSE.getBytes()); while (writeBuf.hasRemaining()) { channel.write(writeBuf); } channel.close(); } iter.remove(); } } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }

I/O模型

一個(gè)輸入操作通常包括兩個(gè)不同的階段^[1][2]：

等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好

從內(nèi)核向進(jìn)程復(fù)制數(shù)據(jù)

(1) 阻塞式I/O模型

(2) 非阻塞式I/O模型

(3) I/O復(fù)用模型

(4) 信號(hào)驅(qū)動(dòng)式I/O模型

(5) 異步I/O模型

同步I/O和異步I/O對(duì)比

POSIX把這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)定義如下：

• 同步I/O操作導(dǎo)致請(qǐng)求進(jìn)程阻塞，直至I/O操作完成；
• 異步I/O操作不導(dǎo)致請(qǐng)求進(jìn)程阻塞。

根據(jù)上述定義，前4種模型——阻塞式I/O模型、非阻塞式I/O模型、I/O復(fù)用模型和信號(hào)驅(qū)動(dòng)式I/O模型都是同步I/O模型，因?yàn)槠渲姓嬲腎/O操作(recvfrom)將阻塞進(jìn)程。只有異步I/O模型與POSIX定義的異步I/O相匹配。

Netty

Netty是一款異步的事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程框架，支持快速地開(kāi)發(fā)可維護(hù)的高性能的面向協(xié)議的服務(wù)器和客戶端。與使用阻塞I/O來(lái)處理大量事件相比，使用非阻塞I/O來(lái)處理更快速、更經(jīng)濟(jì)，Netty使用了Reactor模式將業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)邏輯解耦，實(shí)現(xiàn)關(guān)注點(diǎn)分離^[3]。

Reactor模式

Reactor模式(反應(yīng)堆模式)是一種處理一個(gè)或多個(gè)客戶端并發(fā)交付服務(wù)請(qǐng)求的事件設(shè)計(jì)模式。當(dāng)請(qǐng)求抵達(dá)后，服務(wù)處理程序使用I/O多路復(fù)用策略，然后同步地派發(fā)這些請(qǐng)求至相關(guān)的請(qǐng)求處理程序^[4]。

Reactor模式中的角色：

• Reactor：監(jiān)聽(tīng)端口，響應(yīng)與分發(fā)事件；
• Acceptor：當(dāng)Accept事件到來(lái)時(shí)Reactor將Accept事件分發(fā)給Acceptor，Acceptor將已連接套接字的通道注冊(cè)到Reactor上；
• Handler：已連接套接字做業(yè)務(wù)處理。

單Reactor單線程

在這種模式中，Reactor、Acceptor和Handler都運(yùn)行在一個(gè)線程中。

單Reactor多線程

在這種模式中，Reactor和Acceptor運(yùn)行在同一個(gè)線程，而Handler只有在讀和寫(xiě)階段與Reactor和Acceptor運(yùn)行在同一個(gè)線程，讀寫(xiě)之間對(duì)數(shù)據(jù)的處理會(huì)被Reactor分發(fā)到線程池中。

多Reactor多線程

在這種模式中，主Reactor負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)，與Acceptor運(yùn)行在同一個(gè)線程，Acceptor會(huì)將已連接套接字的通道注冊(cè)到從Reactor上，從Reactor負(fù)責(zé)響應(yīng)和分發(fā)事件，起到類(lèi)似多線程Reactor的作用。Netty服務(wù)端使用了該種模式。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的reactor线程模型_从TCP服务器到I/O模型，带你学习Netty的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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