前言

Netty是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，提供了对TCP、UDP和文件传输的支持，作为一个异步NIO框架，Netty的所有IO操作都是异步非阻塞的，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。

作为当前最流行的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，一些业界著名的开源组件也基于Netty构建，比如RPC框架、zookeeper等。

那么，Netty性能为啥这么高？主要是因为其内部Reactor模型的实现。

Reactor模型

Netty中的Reactor模型主要由多路复用器(Acceptor)、事件分发器(Dispatcher)、事件处理器(Handler)组成，可以分为三种。

1、单线程模型：所有I/O操作都由一个线程完成，即多路复用、事件分发和处理都是在一个Reactor线程上完成的。

对于一些小容量应用场景，可以使用单线程模型。但是对于高负载、大并发的应用却不合适，主要原因如下：

• 一个线程同时处理成百上千的链路，性能上无法支撑，即便CPU负荷达到100%，也无法满足海量消息的编码、解码、读取和发送；
• 当负载过重后，处理速度将变慢，这会导致大量客户端连接超时，超时之后往往会进行重发，最终会导致大量消息积压和处理超时，成为系统的性能瓶颈；
• 一旦单线程意外跑飞，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，可靠性不高。

2、多线程模型：为了解决单线程模型存在的一些问题，演化而来的Reactor线程模型。

多线程模型的特点：

• 有专门一个Acceptor线程用于监听服务端，接收客户端的TCP连接请求；
• 网络IO的读写操作由一个NIO线程池负责，线程池可以采用标准的JDK线程池实现，包含一个任务队列和N个可用的线程，由这些NIO线程负责消息的读取、解码、编码和发送；
• 一个NIO线程可以同时处理多条链路，但是一个链路只能对应一个NIO线程，防止发生并发操作问题。

在绝大多数场景下，Reactor多线程模型都可以满足性能需求；但是，在极特殊应用场景中，一个NIO线程负责监听和处理所有的客户端连接可能会存在性能问题。例如百万客户端并发连接，或者服务端需要对客户端的握手消息进行安全认证，认证本身非常损耗性能。在这类场景下，单独一个Acceptor线程可能会存在性能不足问题，为了解决性能问题，产生了第三种Reactor线程模型-主从Reactor多线程模型。

3、主从多线程模型：采用多个reactor，每个reactor都在自己单独的线程里执行。如果是多核，则可以同时响应多个客户端的请求，一旦链路建立成功就将链路注册到负责I/O读写的SubReactor线程池上。

事实上，Netty的线程模型并非固定不变，在启动辅助类中创建不同的EventLoopGroup实例并通过适当的参数配置，就可以支持上述三种Reactor线程模型。正是因为Netty对Reactor线程模型的支持提供了灵活的定制能力，所以可以满足不同业务场景的性能需求。

示例代码

以下是server和client的示例代码，其中使用的是 Netty 4.x，先看看如何实现，后续会针对各个模块进行深入分析。

server 代码实现

public class EchoServer {
 private final int port;
 public EchoServer(int port) {
 this.port = port;
 }
 public void run() throws Exception {
 // Configure the server.
 EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(); // (1)
 EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(); 
 try {
 ServerBootstrap b = new ServerBootstrap(); // (2)
 b.group(bossGroup, workerGroup)
 .channel(NioServerSocketChannel.class) // (3)
 .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 100)
 .handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
 .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { // (4)
 @Override
 public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
 ch.pipeline().addLast(
 //new LoggingHandler(LogLevel.INFO),
 new EchoServerHandler());
 }
 });
 // Start the server.
 ChannelFuture f = b.bind(port).sync(); // (5)
 // Wait until the server socket is closed.
 f.channel().closeFuture().sync();
 } finally {
 // Shut down all event loops to terminate all threads.
 bossGroup.shutdownGracefully();
 workerGroup.shutdownGracefully();
 }
 }
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 int port;
 if (args.length > 0) {
 port = Integer.parseInt(args[0]);
 } else {
 port = 8080;
 }
 new EchoServer(port).run();
 }
}

EchoServerHandler 实现

public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter { 
 
 private static final Logger logger = Logger.getLogger( 
 EchoServerHandler.class.getName()); 
 
 @Override 
 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { 
 ctx.write(msg); 
 } 
 
 @Override 
 public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { 
 ctx.flush(); 
 } 
 
 @Override 
 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) { 
 // Close the connection when an exception is raised. 
 logger.log(Level.WARNING, "Unexpected exception from downstream.", cause); 
 ctx.close(); 
 } 
} 

1、NioEventLoopGroup 是用来处理I/O操作的线程池，Netty对 EventLoopGroup 接口针对不同的传输协议提供了不同的实现。在本例子中，需要实例化两个NioEventLoopGroup，通常第一个称为“boss”，用来accept客户端连接，另一个称为“worker”，处理客户端数据的读写操作。

2、ServerBootstrap 是启动服务的辅助类，有关socket的参数可以通过ServerBootstrap进行设置。

3、这里指定NioServerSocketChannel类初始化channel用来接受客户端请求。

4、通常会为新SocketChannel通过添加一些handler，来设置ChannelPipeline。ChannelInitializer 是一个特殊的handler，其中initChannel方法可以为SocketChannel 的pipeline添加指定handler。

5、通过绑定端口8080，就可以对外提供服务了。

client 代码实现

public class EchoClient { 
 
 private final String host; 
 private final int port; 
 private final int firstMessageSize; 
 
 public EchoClient(String host, int port, int firstMessageSize) { 
 this.host = host; 
 this.port = port; 
 this.firstMessageSize = firstMessageSize; 
 } 
 
 public void run() throws Exception { 
 // Configure the client. 
 EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(); 
 try { 
 Bootstrap b = new Bootstrap(); 
 b.group(group) 
 .channel(NioSocketChannel.class) 
 .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true) 
 .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { 
 @Override 
 public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception { 
 ch.pipeline().addLast( 
 //new LoggingHandler(LogLevel.INFO), 
 new EchoClientHandler(firstMessageSize)); 
 } 
 }); 
 
 // Start the client. 
 ChannelFuture f = b.connect(host, port).sync(); 
 
 // Wait until the connection is closed. 
 f.channel().closeFuture().sync(); 
 } finally { 
 // Shut down the event loop to terminate all threads. 
 group.shutdownGracefully(); 
 } 
 } 
 
 public static void main(String[] args) throws Exception { 
 final String host = args[0]; 
 final int port = Integer.parseInt(args[1]); 
 final int firstMessageSize; 
 if (args.length == 3) { 
 firstMessageSize = Integer.parseInt(args[2]); 
 } else { 
 firstMessageSize = 256; 
 } 
 
 new EchoClient(host, port, firstMessageSize).run(); 
 } 
} 

EchoClientHandler 实现

public class EchoClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter { 
 
 private static final Logger logger = Logger.getLogger( 
 EchoClientHandler.class.getName()); 
 
 private final ByteBuf firstMessage; 
 
 /** 
 * Creates a client-side handler. 
 */ 
 public EchoClientHandler(int firstMessageSize) { 
 if (firstMessageSize <= 0) { 
 throw new IllegalArgumentException("firstMessageSize: " + firstMessageSize); 
 } 
 firstMessage = Unpooled.buffer(firstMessageSize); 
 for (int i = 0; i < firstMessage.capacity(); i ++) { 
 firstMessage.writeByte((byte) i); 
 } 
 } 
 
 @Override 
 public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) { 
 ctx.writeAndFlush(firstMessage); 
 } 
 
 @Override 
 public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { 
 ctx.write(msg); 
 } 
 
 @Override 
 public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { 
 ctx.flush(); 
 } 
 
 @Override 
 public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) { 
 // Close the connection when an exception is raised. 
 logger.log(Level.WARNING, "Unexpected exception from downstream.", cause); 
 ctx.close(); 
 } 
}