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关于 Reactor 的线程模型

首先我们来看一下 Reactor 的线程模型.
Reactor 的线程模型有三种:

单线程模型

多线程模型

主从多线程模型

首先来看一下单线程模型:
在这里插入图片描述所谓单线程, 即 acceptor 处理和 handler 处理都在一个线程中处理. 这个模型的坏处显而易见: 当其中某个 handler 阻塞时, 会导致其他所有的 client 的 handler 都得不到执行, 并且更严重的是, handler 的阻塞也会导致整个服务不能接收新的 client 请求(因为 acceptor 也被阻塞了). 因为有这么多的缺陷, 因此单线程Reactor 模型用的比较少.

那么什么是多线程模型呢? Reactor 的多线程模型与单线程模型的区别就是 acceptor 是一个单独的线程处理, 并且有一组特定的 NIO 线程来负责各个客户端连接的 IO 操作. Reactor 多线程模型如下:
在这里插入图片描述

Reactor 多线程模型有如下特点:

有专门一个线程, 即 Acceptor 线程用于监听客户端的TCP连接请求.

客户端连接的 IO 操作都是由一个特定的 NIO 线程池负责. 每个客户端连接都与一个特定的 NIO 线程绑定, 因此在这个客户端连接中的所有 IO 操作都是在同一个线程中完成的.

客户端连接有很多, 但是 NIO 线程数是比较少的, 因此一个 NIO 线程可以同时绑定到多个客户端连接中.

接下来我们再来看一下 Reactor 的主从多线程模型.
一般情况下, Reactor 的多线程模式已经可以很好的工作了, 但是我们考虑一下如下情况: 如果我们的服务器需要同时处理大量的客户端连接请求或我们需要在客户端连接时, 进行一些权限的检查, 那么单线程的 Acceptor 很有可能就处理不过来, 造成了大量的客户端不能连接到服务器.
Reactor 的主从多线程模型就是在这样的情况下提出来的, 它的特点是: 服务器端接收客户端的连接请求不再是一个线程, 而是由一个独立的线程池组成. 它的线程模型如下:
在这里插入图片描述可以看到, Reactor 的主从多线程模型和 Reactor 多线程模型很类似, 只不过 Reactor 的主从多线程模型的 acceptor 使用了线程池来处理大量的客户端请求.

NioEventLoopGroup 与 Reactor 线程模型的对应
我们介绍了三种 Reactor 的线程模型, 那么它们和 NioEventLoopGroup 又有什么关系呢? 其实, 不同的设置 NioEventLoopGroup 的方式就对应了不同的 Reactor 的线程模型.

单线程模型

来看一下下面的例子:

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)

注意, 我们实例化了一个 NioEventLoopGroup, 构造器参数是1, 表示 NioEventLoopGroup 的线程池大小是1. 然后接着我们调用 b.group(bossGroup) 设置了服务器端的 EventLoopGroup. 有些朋友可能会有疑惑: 我记得在启动服务器端的 Netty 程序时, 是需要设置 bossGroup 和 workerGroup 的, 为什么这里就只有一个 bossGroup?
其实很简单, ServerBootstrap 重写了 group 方法:

@Override
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup group) {
    return group(group, group);
}

因此当传入一个 group 时, 那么 bossGroup 和 workerGroup 就是同一个 NioEventLoopGroup 了.
这时候呢, 因为 bossGroup 和 workerGroup 就是同一个 NioEventLoopGroup, 并且这个 NioEventLoopGroup 只有一个线程, 这样就会导致 Netty 中的 acceptor 和后续的所有客户端连接的 IO 操作都是在一个线程中处理的. 那么对应到 Reactor 的线程模型中, 我们这样设置 NioEventLoopGroup 时, 就相当于 Reactor 单线程模型.

多线程模型

同理, 再来看一下下面的例子:

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 ...

bossGroup 中只有一个线程, 而 workerGroup 中的线程是 CPU 核心数乘以2, 因此对应的到 Reactor 线程模型中, 我们知道, 这样设置的 NioEventLoopGroup 其实就是 Reactor 多线程模型.

主从多线程模型

相信读者朋友都想到了, 实现主从线程模型的例子如下:

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(4);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class)
 ...

根据 @labmem 的提示, Netty 的服务器端的 acceptor 阶段, 没有使用到多线程, 因此上面的主从多线程模型在 Netty 的服务器端是不存在的.
服务器端的 ServerSocketChannel 只绑定到了 bossGroup 中的一个线程, 因此在调用 Java NIO 的 Selector.select 处理客户端的连接请求时, 实际上是在一个线程中的, 所以对只有一个服务的应用来说, bossGroup 设置多个线程是没有什么作用的, 反而还会造成资源浪费.

经 Google, Netty 中的 bossGroup 为什么使用线程池的原因大家众所纷纭, 不过我在 stackoverflow 上找到一个比较靠谱的答案:

the creator of Netty says multiple boss threads are useful if we share NioEventLoopGroup between different server bootstraps, but I don’t see the reason for it.

因此上面的主从多线程模型分析是有问题, 抱歉.