面试官：Netty的线程模型可不是Reactor这么简单

笔者看来Netty的内核主要包括如下图三个部分：

• 内存管理
  主要提高高效的内存管理，包含内存分配，内存回收。

• 网通通道
  复制网络通信，例如实现对NIO、OIO等底层JAVA API 的封装，简化网络编程模型。

• 线程模型

  提供高效的线程协作模型。

大家不妨回想一下在以往的面试的过程中，面试官通常会问： Netty 的线程模型是什么？

主从多 Reactor 模型 ，相信大家都能脱口而出，然后呢？就没有然后了？

线程模型在网络通信中主要解决什么样的问题？在 Netty 中又是如何解决的，Netty 的线程模型为什么如此高效？请容我慢慢道来。

温馨提示：为了保证文章观点的严谨性，将探究领域锁定在：Netty NIO 相关。

主从多 Reactor 模型是业界一种非常经典的线程编程模型，其原理图如下所示：

• Acceptor

  请求接收者，在实践时其职责类似服务器，并不真正负责连接请求的建立，而只将其请求委托 Main Reactor 线程池来实现，起到一个转发的作用。

• Main Reactor
  主 Reactor 线程组，主要 负责连接事件 ，并将 IO读写请求转发到 SubReactor 线程池 。当然在一些需要对客户端进行权限控制等场景下，权限校验的职责可以放到 Main Reactor 线程池，即 Main Reactor 也可以注册通道的读写事件 ，读取客户端权限校验相关的数据包，执行权限验证，权限验证通过后再将2通道注册到IO线程。

• Sub Reactor
  Main Reactor 通常监听客户端连接后会将通道的读写转发到 Sub Reactor 线程池中一个线程(负载均衡)，负责数据的读写。在 NIO 中 通常注册通道的读(OP_READ)、写事件(OP_WRITE)。

为了更加深刻的理解主从 Reactor 模型，我们来看一下网络通讯一般会包含哪些关键动作：

• 服务端启动，并在特定端口上监听，例如 web 应用的 80端口。

• 客户端发起TCP的三次握手，与服务端建立连接，这里以 NIO 为例，连接成功建立后会创建NioSocketChannel对象。

• 服务端通过 NioSocketChannel 从网卡中 读取数据 。

• 服务端根据 通信协议 从二进制流中 解码 出一个个请求。

• 根据请求， 执行对应的业务操作 ，例如 Dubbo 服务端接受一个查询用户ID为1的用户信息。

• 将业务执行结果返回到客户端，通常涉及到 协议编码、压缩 等。

线程模型需要解决的问题 ：连接监听、网络读写、编码、解码、业务执行这些操作步骤如何运用 多线程编程 ，提升性能。

主从多Reactor模型是如何解决上面的问题呢？

1. 连接建立（OP_ACCEPT）由 Main Reactor 线程池负责，创建NioSocketChannel后，将其转发给SubReactor。

2. SubReactor 线程池主要 负责网络的读写 （从网络中读字节流、将字节流发送到网络中），即注册OP_READ、OP_WRITE，并且 同一个通道会绑定一个SubReactor线程 。

3. 编码、解码、业务执行，则具体情况具体分析

   通常 编码、解码会放在IO线程中执行，而业务逻辑的执行通常会采用额外的线程池 ，但不是绝对的，一个好的框架通常会使用参数来进行定制化选择，例如 ping、pong 这种心跳包，直接在 IO 线程中执行，无需再转发到业务线程池，避免线程切换开销。

温馨提示：在网络编程中，通常将用于网络读写的线程称为IO线程。

Netty的线程模型是基于主从多Reactor模型。

网络的 读写 操作由 Work Group ( Sub Reactor) 线程组来实现，线程的个数默认为 2 * CPU Core， 一个 Channel 绑定到其中一个 Work 线程，一个 Work 线程中可以绑定多个 Channel 。

在 Netty 中编码、解码等操作会被封装成一个一个事件处理器(ChannelHandler)，那这些 Handler 是在IO线程池中执行？

默认情况下ChannelHandler 是在 IO 线程中执行，那如何改变默认行为呢？其关键代码如下：

面试官： 通常业务操作会专门开辟一个线程池，那业务处理完成之后，如何将响应结果通过 IO 线程写入到网卡中呢？

最后再来介绍一下 Netty 中 IO 线程的大体工作流程。

• 每一IO线程在执行上述操作时是串行执行的，即注册在一个 Selector(事件选择器)中的所有通道， 同一时间只有一个通道的事件被处理。 这也是为什么NIO应对大文件传输时不具备优势的根本原因。