Netty网络编程——Reactor模式高性能架构设计原理

1.传统I/O模型

2.Reactor模式

3.单Reactor单线程

4.单Reactor多线程

5.主从Reactor多线程

6.Reactor模式特点总结

不同的线程模式对于性能有巨大的影响，为了后续更好地开展Netty的线程模式，我们先来看下各种线程模式的原理和区别，最后进行对比。

1.传统I/O模型

1.1）工作原理图：

1.2）模型特点：
传统I/O模型也就是BIO模型，这在我们前面已经介绍过。Netty网络编程——Netty的基本介绍与BIO，它的缺点有：

1）每个请求都要创建线程，浪费资源。

2）连接建立后，如果服务端的数据还没有准备好，则服务端线程不会去处理别的请求，会阻塞，造成资源浪费。

2.Reactor模式
针对传统I/O模型的缺点，我们有如下的解决方案：

1）基于多路复用，一个线程处理多个客户端连接。

2）业务逻辑处理线程基于线程池，一个线程可以处理多个连接的业务。

Reactor模式原理图：

我们从图中可以得出，

1）服务器端程序处理传进来的多个请求，并将他们分派给对应的处理线程，我们称之为Reactor(反应堆)模式。
2）Reactor采用IO多路复用，一个Handler处理多个客户端连接，处理线程完毕后，会通过Handler返回对应的客户端。

我们可以得出Reactor里有两个角色：
ServiceHandler:负责监听和分发事件，分发给适当的线程来对业务逻辑进行处理。

EventHandler:处理请求的实际线程。

Reactor模式还分为三种：
单Reactor单线程，单Reactor多线程，主从Reactor多线程，我们来依次进行讲解。

3.单Reactor单线程
原理图：

处理逻辑：
1）当有client请求的时候，我们通过select进行I/O多路复用处理请求。
2）Reactor通过select监听客户端事件，通过dispatch来转发请求。
3）如果是建立连接的请求，我们使用Acceptor通过accept处理请求。
4）如果是不是建立连接请求，Reactor则会调用对应的Handler解决。

总结：
服务器端用一个线程完成所有客户端的IO操作，模型简单易懂。

优缺点分析：
优点：
1）简单，没有线程竞争，全部都由一个线程完成。

缺点：
1）性能不佳，一个线程要处理这么多请求，当Handler正在进行I/O密集型的操作时，整个Reactor无法处理其它事件。
2）高度耦合性，导致线程出现异常的时候，会导致整个模块不可用。

4.单Reactor多线程

原理图：

处理逻辑：

1）通过Reactor中的select处理所有连接请求。
2）通过Reactor中的dispatch来分发请求。
3）通过Acceptor来处理连接。
4）通过不同的handler来处理不同的处理请求，但是不做具体处理，而是通过send发送给线程池。
5）worker线程业务处理完毕后，将结果返回handler。

优缺点分析：

优点：相比单线程模式，更能发挥cpu的能力。

缺点：建立连接的线程还是只有一个，在连接数多的情况下，容易出现瓶颈。

5.主从Reactor多线程

针对单Reactor中的连接数过大造成的瓶颈，可以让Reactor在多线程中进行运行。

原理图：

处理逻辑：
1）MainReactor主线程通过select处理多个连接请求，以及处理建立连接的逻辑。
2）MainReactor接受到处理事件后，把事件分发给Reactor子线程。
3）SubReactor将连接加入到连接队列进行监听，并根据事件创建不同的handler
4）handler将对应的事件分发给worker线程进行处理。
5）返回结果
6）Reactor主线程可以对应多个Reactor子线程。

优缺点分析：

优点：
1）父子线程职责明确，父线程只需要建立连接，子线程处理业务逻辑
2）父子线程只需要进行转发即可，交互简单。

缺点：
1）编程复杂度高。

6.Reactor模式特点总结

1）响应快，不必为某个长时间处理的业务进行阻塞等待。
2）分工明确，各自的线程处理各自的逻辑，单一职责。
3）扩展性好，主需要增加不同的Handler就可以处理不同的任务，还不用修改原来的代码。
4）复用性好，Reactor与具体的逻辑无关，具有很高的复用性。
5）避免复杂的多线程的切换开销。