面試官：Netty的線程模型可不是Reactor這么簡單
筆者看來Netty的內(nèi)核主要包括如下圖三個部分：
其各個核心模塊主要的職責如下：
內(nèi)存管理
主要提高高效的內(nèi)存管理，包含內(nèi)存分配，內(nèi)存回收。網(wǎng)通通道
復制網(wǎng)絡(luò)通信，例如實現(xiàn)對NIO、OIO等底層JAVA API 的封裝，簡化網(wǎng)絡(luò)編程模型。線程模型 提供高效的線程協(xié)作模型。
大家不妨回想一下在以往的面試的過程中，面試官通常會問：Netty 的線程模型是什么？
主從多 Reactor 模型，相信大家都能脫口而出，然后呢？就沒有然后了？
線程模型在網(wǎng)絡(luò)通信中主要解決什么樣的問題？在 Netty 中又是如何解決的，Netty 的線程模型為什么如此高效？請容我慢慢道來。
溫馨提示：為了保證文章觀點的嚴謹性，將探究領(lǐng)域鎖定在：Netty NIO 相關(guān)。
1、主從多 Reactor 模型
主從多 Reactor 模型是業(yè)界一種非常經(jīng)典的線程編程模型，其原理圖如下所示：
我們首先簡單介紹一下上圖中涉及的幾個重要角色：
Acceptor 請求接收者，在實踐時其職責類似服務器，并不真正負責連接請求的建立，而只將其請求委托 Main Reactor 線程池來實現(xiàn)，起到一個轉(zhuǎn)發(fā)的作用。 Main Reactor
主 Reactor 線程組，主要負責連接事件，并將IO讀寫請求轉(zhuǎn)發(fā)到 SubReactor 線程池。當然在一些需要對客戶端進行權(quán)限控制等場景下，權(quán)限校驗的職責可以放到 Main Reactor 線程池，即 Main Reactor 也可以注冊通道的讀寫事件，讀取客戶端權(quán)限校驗相關(guān)的數(shù)據(jù)包，執(zhí)行權(quán)限驗證，權(quán)限驗證通過后再將2通道注冊到IO線程。Sub Reactor
Main Reactor 通常監(jiān)聽客戶端連接后會將通道的讀寫轉(zhuǎn)發(fā)到 Sub Reactor 線程池中一個線程(負載均衡)，負責數(shù)據(jù)的讀寫。在 NIO 中 通常注冊通道的讀(OP_READ)、寫事件(OP_WRITE)。
為了更加深刻的理解主從 Reactor 模型，我們來看一下網(wǎng)絡(luò)通訊一般會包含哪些關(guān)鍵動作：
一個網(wǎng)絡(luò)交互通常的幾個步驟如下：
服務端啟動，并在特定端口上監(jiān)聽，例如 web 應用的 80端口。 客戶端發(fā)起TCP的三次握手，與服務端建立連接，這里以 NIO 為例，連接成功建立后會創(chuàng)建NioSocketChannel對象。 服務端通過 NioSocketChannel 從網(wǎng)卡中讀取數(shù)據(jù)。 服務端根據(jù)通信協(xié)議從二進制流中解碼出一個個請求。 根據(jù)請求，執(zhí)行對應的業(yè)務操作，例如 Dubbo 服務端接受一個查詢用戶ID為1的用戶信息。 將業(yè)務執(zhí)行結(jié)果返回到客戶端，通常涉及到協(xié)議編碼、壓縮等。
線程模型需要解決的問題：連接監(jiān)聽、網(wǎng)絡(luò)讀寫、編碼、解碼、業(yè)務執(zhí)行這些操作步驟如何運用多線程編程，提升性能。
主從多Reactor模型是如何解決上面的問題呢？
連接建立（OP_ACCEPT）由 Main Reactor 線程池負責，創(chuàng)建NioSocketChannel后，將其轉(zhuǎn)發(fā)給SubReactor。 SubReactor 線程池主要負責網(wǎng)絡(luò)的讀寫（從網(wǎng)絡(luò)中讀字節(jié)流、將字節(jié)流發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中），即注冊O(shè)P_READ、OP_WRITE，并且同一個通道會綁定一個SubReactor線程。 編碼、解碼、業(yè)務執(zhí)行，則具體情況具體分析 通常編碼、解碼會放在IO線程中執(zhí)行，而業(yè)務邏輯的執(zhí)行通常會采用額外的線程池，但不是絕對的，一個好的框架通常會使用參數(shù)來進行定制化選擇，例如 ping、pong 這種心跳包，直接在 IO 線程中執(zhí)行，無需再轉(zhuǎn)發(fā)到業(yè)務線程池，避免線程切換開銷。
溫馨提示：在網(wǎng)絡(luò)編程中，通常將用于網(wǎng)絡(luò)讀寫的線程稱為IO線程。
2、Netty 的線程模型
Netty的線程模型是基于主從多Reactor模型。
Netty 中網(wǎng)絡(luò)的連接事件(OP_ACCEPT)由Main Reactor 線程組實現(xiàn)，即 Boss Group，通常只需設(shè)置一個線程。
網(wǎng)絡(luò)的讀寫操作由 Work Group ( Sub Reactor) 線程組來實現(xiàn)，線程的個數(shù)默認為 2 * CPU Core，一個 Channel 綁定到其中一個 Work 線程，一個 Work 線程中可以綁定多個 Channel。
在 Netty 中編碼、解碼等操作會被封裝成一個一個事件處理器(ChannelHandler)，那這些 Handler 是在IO線程池中執(zhí)行？
默認情況下ChannelHandler 是在 IO 線程中執(zhí)行，那如何改變默認行為呢？其關(guān)鍵代碼如下：
關(guān)鍵點：在將事件處理器添加到事件鏈時可以指定在哪個線程池中執(zhí)行，如果不指定則為IO線程中執(zhí)行。
面試官：通常業(yè)務操作會專門開辟一個線程池，那業(yè)務處理完成之后，如何將響應結(jié)果通過 IO 線程寫入到網(wǎng)卡中呢？
業(yè)務線程調(diào)用 Channel 對象的 write 方法并不會立即寫入網(wǎng)絡(luò)，只是將數(shù)據(jù)放入一個待寫入隊列(緩存區(qū))，然后IO線程每次執(zhí)行事件選擇后，會從待寫入緩存區(qū)中獲取寫入任務，將數(shù)據(jù)真正寫入到網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)到達網(wǎng)卡之前會經(jīng)過一系列的 Channel Handler(Netty事件傳播機制)，最終寫入網(wǎng)卡。
最后再來介紹一下 Netty 中 IO 線程的大體工作流程。
IO線程處理的關(guān)鍵點：
每一IO線程在執(zhí)行上述操作時是串行執(zhí)行的，即注冊在一個 Selector(事件選擇器)中的所有通道，同一時間只有一個通道的事件被處理。這也是為什么NIO應對大文件傳輸時不具備優(yōu)勢的根本原因。 IO 線程在處理完所有就緒事件后，還會從任務隊列(Task Queue)獲取任務，例如上文中提到的業(yè)務線程在執(zhí)行完業(yè)務后需要將返回結(jié)果寫入網(wǎng)絡(luò)，Netty 中所有的網(wǎng)絡(luò)讀寫操作只能在IO線程中真正獲得運行，故業(yè)務線程需要將帶寫入的響應結(jié)果封裝成 Task，放入到 IO 線程任務隊列中。
3、總結(jié)
回到到主題，如果我們在面試過程中碰到面試官提問“Netty 的線程模型是什么？”時，我們應該可以從容應對了。
我覺得可以從如下幾個方面進行展開。
Netty的線程模型基于主從多Reactor模型。通常由一個線程負責處理OP_ACCEPT事件，擁有 CPU 核數(shù)的兩倍的IO線程處理讀寫事件。 一個通道的IO操作會綁定在一個IO線程中，而一個IO線程可以注冊多個通道。 在一個網(wǎng)絡(luò)通信中通常會包含網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀寫，編碼、解碼、業(yè)務處理。默認情況下編碼、解碼等操作會在IO線程中運行，但也可以指定其他線程池。 通常業(yè)務處理會單獨開啟業(yè)務線程池，但也可以進一步細化，例如心跳包可以直接在IO線程中處理，而需要再轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務線程池，避免線程切換。 在一個IO線程中所有通道的事件是串行處理的。