Day470&471

五、单 Reactor 多线程

1、原理图

Handler将具体的业务处理Worker线程池分层出去，并通过开辟新的线程去完成

2、小结

3、方案优缺点

• 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.

六、主从 Reactor 多线程

1、工作原理图

多加了一层派发层并采用新开线程（Reactor子线程，SubReactor），分为了3层，开

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

2、上图的小结

1. Reactor 主线程 MainReactor 对象通过 select 监听连接事件, 收到事件后，通过 Acceptor 处理连接事件

2. 当 Acceptor 处理连接事件后，MainReactor 将连接分配给 SubReactor

3. subreactor 将连接加入到连接队列进行监听,并创建 handler 进行各种事件处理

4. 当有新事件发生时， subreactor 就会调用对应的 handler 处理

5. handler 通过 read 读取数据，分发给后面的 worker 线程处理

6. worker 线程池分配的 worker 线程进行业务处理，并返回结果

7. handler 收到响应的结果后，再通过 send 将结果返回给 client

8. Reactor 主线程可以对应多个 Reactor 子线程, 即 MainRecator 可以关联多个 SubReactor

3、Scalable IO in Java 对 Multiple Reactors 的原理图解

4、方案优缺点

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。

• 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

七、Reactor 模式小结

1、3种模式用生活案例来理解

前台接待员和服务员是同一个人，全程为顾客服

2. 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

3. 主从 Reactor 多线程

多个前台接待员，多个服务生

2、Reactor 模式的优点

1. 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

2. 可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题

3. 避免了多线程/进程的切换开销

4. 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

5. 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

八、Netty 模型

1、工作原理-简单版

Netty 主要基于主从 Reactors 多线程模型（如图）做了一定的改进，其中主从 Reactor 多线程模型有多个 Reactor

1. BossGroup 线程维护 Selector , 只关注 Accecpt

2. 当接收到 Accept 事件，获取到对应的 SocketChannel, 封装成 NIOScoketChannel 并注册到 Worker 线程(事件循环), 并进行维护

3. 当 Worker 线程监听到 selector 中通道发生自己感兴趣的事件后，就进行处理(就由handler)， 注意 handler 已经加入到通道

2、工作原理-进阶版

3、工作原理-详细版

1. Netty 抽象出两组线程池

• 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组, 这个组中含有多个事件循环 ，每一个事件循环是 NioEventLoop

4. NioEventLoop 表示一个不断循环的执行处理任务的线程， 每个 NioEventLoop 都有一个selector , 用于监听绑定在其上的 socket 的网络通讯

5. NioEventLoopGroup 可以有多个线程, 即可以含有多个 NioEventLoop

6. 每个 Boss NioEventLoop 循环执行的步骤有 3 步

• 轮询 accept 事件

• 处理 accept 事件 , 与 client 建立连接 , 生成 NioScocketChannel , 并将其注册到某个 worker NIOEventLoop 上的 selector

• 处理任务队列的任务 ， 即 runAllTasks

7. 每个 Worker NIOEventLoop 循环执行的步骤

• 轮询 read, write 事件

• 处理 i/o 事件， 即 read , write 事件，在对应 NioScocketChannel 处理

• 处理任务队列的任务 ， 即 runAllTasks

8. 每个Worker NIOEventLoop 处理业务时，会使用pipeline(管道), pipeline 中包含了 channel , 即通过pipeline可以获取到对应通道, 管道中维护了很多的 处理器

4、Netty实例-TCP 服务

• 引入netty依赖

io.netty

netty-all

4.1.20.Final

• NettyClientHandler客户端处理器

/******

@author 阿昌

@create 2021-12-05 21:11

******* 客户端处理器，自定义handler需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter适配器才能生效

*/

public class NettyClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

//通道就绪就会触发该方法

@Override

public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

System.out.println(“client:”+ctx);

ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(“我是客户端~”, CharsetUtil.UTF_8));

}

//接受服务端返回的消息，当通道有读取事件时就触发

@Override

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

ByteBuf buf = (ByteBuf)msg;

System.out.println(“服务端回复的消息：”+buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));

}

//异常处理

@Override

public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {

//关闭通道

cause.printStackTrace();

ctx.channel().close();

}

}

• NettyServerHandler服务端处理器

/******

@author 阿昌

@create 2021-12-05 20:47

******* 服务端处理器，自定义handler需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter适配器才能生效

*/

public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

/*

读取数据事件（这里可以读取客户端发送来的消息）

2、Object msg：客户端发送来的数据

*/

@Override

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

System.out.println(“server ctx:”+ctx);

//将msg转为ByteBuffer（这个ByteBuf和nio的ByteBuffer是有区别的）

ByteBuf buf=(ByteBuf)msg;

System.out.println(“客户端发送消息是：”+buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));

}

//数据读取完毕事件

@Override

public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

/*

1、writeAndFlush是 write+Flush方法的合并

2、将数据写入缓存并刷新

3、对发送的数据进行编码

*/

ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(“我是服务端~”,CharsetUtil.UTF_8));

}

//发送异常事件，一般是关闭通道

@Override

public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {

ctx.channel().close();

}

}

• 客户端NettyClient

/******

@author 阿昌

@create 2021-12-05 21:04

*/

public class NettyClient {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

//客户端需要一个时间循环组

EventLoopGroup eventExecutors = new NioEventLoopGroup();

try {

//创建客户端的启动对象

Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();

//设置启动参数

bootstrap.group(eventExecutors)//设置线程组

.channel(NioSocketChannel.class)//设置客户端通道实现类

.handler(new ChannelInitializer() {//创建一个通道初始化对象

protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {

socketChannel.pipeline().addLast(new NettyClientHandler());//加入自己的处理器

}

});

System.out.println(“【客户端】准备完毕…”);

ChannelFuture cf = bootstrap.connect(“127.0.0.1”, 6668).sync();

//对关闭通道进行监听

cf.channel().closeFuture().sync();

} finally {

//优雅关闭

eventExecutors.shutdownGracefully();

}

}

}

• 服务端NettyServer

/******

@author 阿昌

@create 2021-12-05 19:49

******* netty服务器

*/

public class NettyServer {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

/*

创建BoosGroup 和 WorkerGroup

说明：

1、创建两个线程组 BoosGroup 和 WorkerGroup

2、 BoosGroup：只处理连接请求

WorkerGroup： 处理和客户端业务处理

3、两个现场组都是自旋

*/

EventLoopGroup boosGroup = new NioEventLoopGroup();

EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();

try {

//创建服务器端启动的对象，配置启动参数

ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();

//使用链式编程进行配置设置

bootstrap.group(boosGroup,workerGroup)//设置两个线程组

.channel(NioServerSocketChannel.class)//设置服务器使用哪个通道

.option(ChannelOption.SO_BACKLOG,128)//设置线程队列等待连接个数

.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true)//设置保持活动连接状态

.childHandler(new ChannelInitializer() {//创建一个通道初始化对象

//给pipeline设置处理器

protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {

socketChannel.pipeline().addLast(new NettyServerHandler());

}

});//设置WorkerGroup的EventLoop对应的管道设置处理器

System.out.println(“【服务端】准备完毕…”);

//绑定端口并同步处理，生成ChannelFuture对象

//启动服务器

ChannelFuture cf = bootstrap.bind(6668).sync();

//对关闭通道进行监听

cf.channel().closeFuture().sync();

} finally {

//优雅关闭

boosGroup.shutdownGracefully();

workerGroup.shutdownGracefully();

}

}

}

• 测试

5、任务队列中的 Task 有 3 种典型使用场景

1. 用户程序自定义的普通任务

2. 用户自定义定时任务

3. 非当前 Reactor 线程调用 Channel 的各种方法

例如在推送系统的业务线程里面，根据用户的标识，找到对应的 Channel 引用，然后调用 Write 类方法向该用户推送消息，就会进入到这种场景。最终的 Write 会提交到任务队列中后被异步消费

4. 代码

/******

@author 阿昌

@create 2021-12-05 20:47

******* 服务端处理器，自定义handler需要继承netty规定好的某个HandlerAdapter适配器才能生效

*/

public class NettyServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

/*

读取数据事件（这里可以读取客户端发送来的消息）

2、Object msg：客户端发送来的数据

*/

@Override

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

//用户程序自定义的普通任务，taskQueue自定义异步任务

ctx.channel().eventLoop().execute(new Runnable() {

public void run() {

try {

Thread.sleep(2000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(“阿昌来也1!!!”);

}

});

//用户自定义定时任务—>该任务提交到scheduledTaskQueue中

ctx.channel().eventLoop().schedule(new Runnable() {

public void run() {

try {

Thread.sleep(2000);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println(“阿昌来也2!!!”);

}

},2, TimeUnit.SECONDS);//两秒后执行

// System.out.println(“server ctx:”+ctx);

//

// //将msg转为ByteBuffer（这个ByteBuf和nio的ByteBuffer是有区别的）

// ByteBuf buf=(ByteBuf)msg;

//

// System.out.println(“客户端发送消息是：”+buf.toString(CharsetUtil.UTF_8));

}

//数据读取完毕事件

@Override

public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

/*

1、writeAndFlush是 write+Flush方法的合并

2、将数据写入缓存并刷新

3、对发送的数据进行编码

*/

ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer(“我是服务端~”,CharsetUtil.UTF_8));

}

//发送异常事件，一般是关闭通道

@Override

public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {

ctx.channel().close();

}

}

说明

1. Netty 抽象出两组线程池，

2. BossGroup 专门负责接收客户端连接，

3. WorkerGroup 专门负责网络读写操作。

4. NioEventLoop 表示一个不断循环执行处理任务的线程，每个 NioEventLoop 都有一个 selector，用于监听绑定在其上的 socket 网络通道。

5. NioEventLoop 内部采用串行化设计，从消息的读取->解码->处理->编码->发送，始终由 IO 线程 NioEventLoop负责

1. NioEventLoopGroup 下包含多个 NioEventLoop

2. 每个 NioEventLoop 中包含有一个 Selector，一个 taskQueue

3. 每个 NioEventLoop 的 Selector 上可以注册监听多个 NioChannel

4. 每个 NioChannel 只会绑定在唯一的 NioEventLoop 上

5. 每个 NioChannel 都绑定有一个自己的 ChannelPipeline

九、异步模型

1、基本介绍

1. 异步的概念和同步相对。

2. 当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。

3. 实际处理这个调用的组件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。

4. Netty 中的 I/O 操作是异步的，包括 Bind、Write、Connect 等操作会简单的返回一个 ChannelFuture。

5. 调用者并不能立刻获得结果，而是通过 Future-Listener 机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO 操作结果

6. Netty 的异步模型是建立在 future 和 callback 的之上的。callback 就是回调。重点说 Future，它的核心思想是：

假设一个方法 fun，计算过程可能非常耗时，等待 fun 返回显然不合适。那么可以在调用 fun 的时候，立马返回一个 Future，后续可以通过 Future 去监控方法 fun 的处理过程(即 ： Future-Listener 机制)

2、Future 说明

1. 表示 异步的执行结果, 可以通过它提供的方法来检测执行是否完成，比如检索计算等等.

2. ChannelFuture 是一个接口 ：*public interface ChannelFuture extends Future< Void >*我们可以添加，当监听的事件发生时，就会通知到

3、工作原理示意图

说明

1. 在使用 Netty 进行编程时，拦截操作和转换出入站数据只需要您提供 callback 或利用 future 即可。这使得链式操作简单、高效, 并有利于编写可重用的、通用的代码。

2. Netty 框架的目标就是让你的业务逻辑从网络基础应用编码中分离出来、解脱出来

4、Future-Listener 机制

1. 当 Future 对象刚刚创建时，处于非完成状态，调用者可以通过返回的 ChannelFuture 来获取操作执行的状态，注册监听函数来执行完成后的操作。

2. 常见有如下操作

3. 通过 isDone 方法来判断当前操作是否完成；

4. 通过isSuccess 方法来判断已完成的当前操作是否成功；

5. 通过 getCause 方法来获取已完成的当前操作失败的原因；

6. 通过 isCancelled 方法来判断已完成的当前操作是否被取消；

7. 通过 addListener 方法来注册，当操作已完成(isDone 方法返回完成)，将会通知指定的；如果Future 对象已完成，则通知指定的

• 代码

绑定端口是异步操作，当绑定操作处理完，将会调用相应的处理逻辑，该位于客户端代码

ChannelFuture cf = bootstrap.connect(“127.0.0.1”, 6668).sync();

cf.addListener(new ChannelFutureListener() {

public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {

if (channelFuture.isSuccess()){

System.out.println(“监听6668端口成功”);

}else {

System.out.println(“监听6668端口失败”);

}

}

});

十、快速入门实例-HTTP 服务

1. 实例要求：使用 IDEA 创建 Netty 项目

2. Netty 服务器在 7000 端口监听，浏览器发出请求 "http://localhost:7000/ "

3. 服务器可以回复消息给客户端 "hello,我是阿昌的服务器 " , 并对特定请求资源进行过滤.

这里我们用浏览器来作为客户端，所以就不需要写客户端的代码

• HttpServer

public class HttpServer {

public static void main(String[] args) throws Exception {

NioEventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();

NioEventLoopGroup boosGroup = new NioEventLoopGroup();

try{

ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();

bootstrap.group(workGroup,boosGroup)

.channel(NioServerSocketChannel.class)

.childHandler(new ServerInitializer());

System.out.println(“服务器启动成功…”);

ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind(7000).sync();

channelFuture.channel().closeFuture().sync();

}finally {

workGroup.shutdownGracefully();

boosGroup.shutdownGracefully();

}

}

}

• ServerInitializer

public class ServerInitializer extends ChannelInitializer {

protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {

socketChannel

.pipeline()

.addLast(“myHttpServerCodec”,new HttpServerCodec())

.addLast(new HttpServerHandler());

}

}

• HttpServerHandler