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一、Netty概述
1.1 原生NIO存在的问题
- NIO 的类库和 API 繁杂,使用麻烦:需要熟练掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer 等。
- 需要具备其他的额外技能:要熟悉 Java 多线程编程,因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式,你必须对多线程和网络编程非常熟悉,才能编写出高质量的 NIO 程序。
- 开发工作量和难度都非常大:例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常流的处理等等。
- JDK NIO 的 Bug:例如臭名昭著的 Epoll Bug,它会导致 Selector 空轮询,最终导致 CPU 100%。直到 JDK 1.7 版本该问题仍旧存在,没有被根本解决。
1.2 Netty官网说明
Netty is an asynchronous event-driven network application framework for rapid development of maintainable high performance protocol servers & clients
- Netty 是由 JBOSS 提供的一个 Java 开源框架。Netty 提供异步的、基于事件驱动的网络应用程序框架,用以快速开发高性能、高可靠性的网络 IO 程序
- Netty 可以帮助你快速、简单的开发出一个网络应用,相当于简化和流程化了 NIO 的开发过程
- Netty 是目前最流行的 NIO 框架,Netty 在互联网领域、大数据分布式计算领域、游戏行业、通信行业等获得了广泛的应用,知名的 Elasticsearch 、Dubbo 框架内部都采用了 Netty。
1.3 Netty的优点
Netty 对 JDK 自带的 NIO 的 API 进行了封装,解决了上述问题。
- 设计优雅:适用于各种传输类型的统一 API 阻塞和非阻塞 Socket;基于灵活且可扩展的事件模型,可以清晰地分离关注点;高度可定制的线程模型 - 单线程,一个或多个线程池.
- 使用方便:详细记录的 Javadoc,用户指南和示例;没有其他依赖项,JDK 5(Netty 3.x)或 6(Netty 4.x)就足够了
- 高性能、吞吐量更高:延迟更低;减少资源消耗;最小化不必要的内存复制。
- 安全:完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持。
- 社区活跃、不断更新:社区活跃,版本迭代周期短,发现的 Bug 可以被及时修复,同时,更多的新功能会被加入
1.4 Netty版本说明
1.5 Netty常见使用场景
- 互联网行业 在分布式系统中,各个节点之间需要远程服务调用,高性能的RPC框架必不可少,Netty作为异步高新能的通信框架,往往作为基础通信组件被这些RPC框架使用。 典型的应用有:阿里分布式服务框架Dubbo的RPC框架使用Dubbo协议进行节点间通信,Dubbo协议默认使用Netty作为基础通信组件,用于实现各进程节点之间的内部通信。
- 游戏行业 无论是手游服务端还是大型的网络游戏,Java语言得到了越来越广泛的应用。Netty作为高性能的基础通信组件,它本身提供了TCP/UDP和HTTP协议栈。 非常方便定制和开发私有协议栈,账号登录服务器,地图服务器之间可以方便的通过Netty进行高性能的通信
- 大数据领域 经典的Hadoop的高性能通信和序列化组件Avro的RPC框架,默认采用Netty进行跨界点通信,它的Netty Service基于Netty框架二次封装实现
可以了解一下目前有哪些开源项目使用了 Netty:Related projects
二、线程模型前言
2.1 线程模型基本介绍
- 不同的线程模式,对程序的性能有很大影响,为了搞清Netty 线程模式,我们来系统的讲解下 各个线程模式, 最后看看Netty 线程模型有什么优越性.
- 目前存在的线程模型有:
- 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)
2.2 传统阻塞I/O服务模型
2.3 Reactor模式
- 解决方案
- 基于 I/O 复用模型:多个连接共用一个阻塞对象,应用程序只需要在一个阻塞对象等待,无需阻塞等待所有连接。当某个连接有新的数据可以处理时,操作系统通知应用程序,线程从阻塞状态返回,开始进行业务处理Reactor 对应的叫法: 1. 反应器模式 2. 分发者模式(Dispatcher) 3. 通知者模式(notifier)
- 基于线程池复用线程资源:不必再为每个连接创建线程,将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理,一个线程可以处理多个连接的业务。
- 设计思想
-
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
- 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。
- 模式分类
- 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
三、Reactor线程模型
3.1 单 Reactor 单线程
一个NIO线程+一个accept线程:
- 方案说明
- Reactor中有个select,Select 是前面 I/O 复用模型介绍的标准网络编程 API,可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求
- Reactor 对象通过 Select 监控客户端请求事件,收到事件后通过 Dispatch 进行分发
- 如果是建立连接请求事件,则由 Acceptor 通过 Accept 处理连接请求,然后创建一个 Handler 对象处理连接完成后的后续业务处理
- 如果不是建立连接事件,则 Reactor 会分发调用连接对应的 Handler 来响应
- Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程
结合实例:服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的 IO 操作(包括连接,读、写等),编码简单,清晰明了,但是如果客户端连接数量较多,将无法支撑,前面的 NIO 案例就属于这种模型。
- 优缺点分析
- 优点:模型简单,没有多线程、进程通信、竞争的问题,全部都在一个线程中完成
- 缺点:性能问题,只有一个线程,无法完全发挥多核 CPU 的性能。Handler 在处理某个连接上的业务时,整个进程无法处理其他连接事件,很容易导致性能瓶颈
- 缺点:可靠性问题,线程意外终止,或者进入死循环,会导致整个系统通信模块不可用,不能接收和处理外部消息,造成节点故障
- 使用场景:客户端的数量有限,业务处理非常快速,比如 Redis在业务处理的时间复杂度 O(1) 的情况
3.2 单Reactor多线程
- 方案说明
- Reactor 对象通过select 监控客户端请求事件, 收到事件后,通过dispatch进行分发
- 如果建立连接请求, 则右Acceptor 通过accept 处理连接请求, 然后创建一个Handler对象处理完成连接后的各种事件
- 如果不是连接请求,则由reactor分发调用连接对应的handler 来处理
- handler 只负责响应事件,不做具体的业务处理, 通过read 读取数据后,会分发给后面的worker线程池的某个线程处理业务
- worker 线程池会分配独立线程完成真正的业务,并将结果返回给handler
- handler收到响应后,通过send 将结果返回给client
- 优缺点说明
- 优点:可以充分的利用多核cpu 的处理能力
- 缺点:多线程数据共享和访问比较复杂, reactor 处理所有的事件的监听和响应,在单线程运行, 在高并发场景容易出现性能瓶颈.
3.3 主从 Reactor 多线程
针对单 Reactor 多线程模型中,Reactor 在单线程中运行,高并发场景下容易成为性能瓶颈,可以让 Reactor 在多线程中运行
- 方案说明
- Reactor 主线程 MainReactor 对象通过 Select 监控建立连接事件,收到事件后通过 Acceptor 接收,处理建立连接事件;
- Acceptor 处理建立连接事件后,MainReactor 将连接分配 Reactor 子线程 SubReactor 进行处理;
- SubReactor 将连接加入连接队列进行监听,并创建一个 Handler 用于处理各种连接事件;
- 当有新的事件发生时,SubReactor 会调用连接对应的 Handler 进行响应;
- Handler 通过 Read 读取数据后,会分发给后面的 Worker 线程池进行业务处理;
- Worker 线程池会分配独立的线程完成真正的业务处理,如何将响应结果发给 Handler 进行处理;
- Handler 收到响应结果后通过 Send 将响应结果返回给 Client
- Scalable IO in Java 对 Multiple Reactors 的原理图解:
(Doug Lea)
- 方案优缺点说明
- 优点:父线程与子线程的数据交互简单职责明确,父线程只需要接收新连接,子线程完成后续的业务处理。
- 优点:父线程与子线程的数据交互简单,Reactor 主线程只需要把新连接传给子线程,子线程无需返回数据。
- 缺点:编程复杂度较高
结合实例:这种模型在许多项目中广泛使用,包括 Nginx 主从 Reactor 多进程模型,Memcached 主从多线程,Netty 主从多线程模型的支持
3.3 Reactor模式小结
- 3 种模式用生活案例来理解
- 单 Reactor 单线程,前台接待员和服务员是同一个人,全程为顾客服
- 单 Reactor 多线程,1 个前台接待员,多个服务员,接待员只负责接待
- 主从 Reactor 多线程,多个前台接待员,多个服务生
- Reactor 模式具有如下的优点:
- 响应快,不必为单个同步时间所阻塞,虽然 Reactor 本身依然是同步的
- 可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题,并且避免了多线程/进程的切换开销
- 扩展性好,可以方便的通过增加 Reactor 实例个数来充分利用 CPU 资源
- 复用性好,Reactor 模型本身与具体事件处理逻辑无关,具有很高的复用性
https://juejin.im/post/5be00763e51d453d4a5cf289
https://juejin.im/post/5a228cc15188254cc067aef8
https://juejin.im/post/5bdaf8ea6fb9a0227b02275a#heading-5
https://www.jianshu.com/p/b9f3f6a16911
https://www.infoq.cn/article/iRfKjNuxYGSVgm5CtIpr
Netty那点事-前导篇
标签:原理图 针对 分析 ble memcach 通知 没有 独立 sel
原文地址:https://www.cnblogs.com/yurenjun/p/13401432.html