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Netty中的线程模型

1. Netty的线程模型​

image.png

模型解释：

  1. Netty 抽象出两组线程池BossGroup和WorkerGroup，BossGroup专门负责接收客户端的连接, WorkerGroup专门负责网络的读写
  2. BossGroup和WorkerGroup类型都是NioEventLoopGroup
  3. NioEventLoopGroup 相当于一个事件循环线程组, 这个组中含有多个事件循环线程 ， 每一个事件循环线程是NioEventLoop
  4. 每个NioEventLoop都有一个selector , 用于监听注册在其上的socketChannel的网络通讯
  5. 每个Boss NioEventLoop线程内部循环执行的步骤有 3 步
  • 处理accept事件 , 与client 建立连接 , 生成 NioSocketChannel
  • 将NioSocketChannel注册到某个worker NIOEventLoop上的selector
  • 处理任务队列的任务 ， 即runAllTasks
  1. 每个worker NIOEventLoop线程循环执行的步骤
  • 轮询注册到自己selector上的所有NioSocketChannel 的read, write事件
  • 处理 I/O 事件， 即read , write 事件， 在对应NioSocketChannel 处理业务
  • runAllTasks处理任务队列TaskQueue的任务 ，一些耗时的业务处理一般可以放入

TaskQueue中慢慢处理，这样不影响数据在 pipeline 中的流动处理 7) 每个worker NIOEventLoop处理NioSocketChannel业务时，会使用 pipeline (管道)，管道中维护了很多 handler 处理器用来处理 channel 中的数据

2. Netty模块组件​

2.1 Bootstrap、ServerBootstrap​

Bootstrap 意思是引导，一个 Netty 应用通常由一个 Bootstrap 开始，主要作用是配置整个 Netty 程序，串联各个组件，Netty 中 Bootstrap 类是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap 是服务端启动引导类。

2.2 Future、ChannelFuture​

正如前面介绍，在 Netty 中所有的 IO 操作都是异步的，不能立刻得知消息是否被正确处理。 但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过 Future 和ChannelFutures，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件。

2.3 Channel​

Netty 网络通信的组件，能够用于执行网络 I/O 操作。Channel 为用户提供:

  1. 当前网络连接的通道的状态（例如是否打开？是否已连接？）
  2. 网络连接的配置参数 （例如接收缓冲区大小）
  3. 提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接，读写，绑定端口)，异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回，并且不保证在调用结束时所请求的 I/O 操作已完成。
  4. 调用立即返回一个 ChannelFuture 实例，通过注册监听器到 ChannelFuture 上，可以 I/O 操作成功、失败或取消时回调通知调用方。
  5. 支持关联 I/O 操作与对应的处理程序。

不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应。 下面是一些常用的 Channel 类型

  • NioSocketChannel，异步的客户端 TCP Socket 连接。
  • NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCP Socket 连接。
  • NioDatagramChannel，异步的 UDP 连接。
  • NioSctpChannel，异步的客户端 Sctp 连接。
  • NioSctpServerChannel，异步的 Sctp 服务器端连接，这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。

2.4 Selector​

Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用，通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel事件。 当向一个Selector 中注册 Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(Select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel 。

2.5 NioEventLoop​

NioEventLoop 中维护了一个线程和任务队列，支持异步提交执行任务，线程启动时会调用NioEventLoop 的 run 方法，执行 I/O 任务和非 I/O 任务： I/O 任务，即 selectionKey 中 ready 的事件，如 accept、connect、read、write 等，由processSelectedKeys 方法触发

非 IO 任务，添加到 taskQueue 中的任务，如 register0、bind0 等任务，由 runAllTasks 方法触发

2.6 NioEventLoopGroup​

NioEventLoopGroup，主要管理 eventLoop 的生命周期，可以理解为一个线程池，内部维护了一组线程，每个线程(NioEventLoop)负责处理多个 Channel 上的事件，而一个 Channel 只对应于一个线程。

2.7 ChannelHandler​

ChannelHandler 是一个接口，处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作，并将其转发到其 ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。

ChannelHandler 本身并没有提供很多方法，因为这个接口有许多的方法需要实现，方便使用期间，可以继承它的子类：

ChannelInboundHandler 用于处理入站 I/O 事件。
ChannelOutboundHandler 用于处理出站 I/O 操作。

或者使用以下适配器类：

ChannelInboundHandlerAdapter 用于处理入站 I/O 事件
ChannelOutboundHandlerAdapter 用于处理出站 I/O 操作

2.8 ChannelHandlerContext​

保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象

2.9 ChannelPipline​

保存 ChannelHandler 的 List，用于处理或拦截 Channel 的入站事件和出站操作。ChannelPipeline 实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户可以完全控制事件的处理方式，以及 Channel 中各个的 ChannelHandler 如何相互交互。

在 Netty 中每个 Channel 都有且仅有一个 ChannelPipeline 与之对应，它们的组成关系如下 image.png

一个 Channel 包含了一个 ChannelPipeline，而 ChannelPipeline 中又维护了一个由ChannelHandlerContext 组成的双向链表，并且每个 ChannelHandlerContext 中又关联着一个ChannelHandler。

read事件(入站事件)和write事件(出站事件)在一个双向链表中，入站事件会从链表 head 往后传递到最后一个入站的 handler，出站事件会从链表 tail 往前传递到最前一个出站的 handler，两种类型的handler 互不干扰。

3. ByteBuf详解​

从结构上来说，ByteBuf 由一串字节数组构成。数组中每个字节用来存放信息。

ByteBuf 提供了两个索引，一个用于读取数据，一个用于写入数据。这两个索引通过在字节数组中移动，来定位需要读或者写信息的位置。

当从 ByteBuf 读取时，它的 readerIndex（读索引）将会根据读取的字节数递增。 同样，当写 ByteBuf 时，它的 writerIndex 也会根据写入的字节数进行递增。

image.png

需要注意的是极限的情况是 readerIndex 刚好读到了 writerIndex 写入的地方。 如果 readerIndex 超过了 writerIndex 的时候，Netty 会抛出 IndexOutOf-BoundsException异常。