文章摘要(AI生成)

Reactor模型是一种常用的网络通信框架，包括了单线程模型、线程池模型和多线程模型。在单线程模型中，每个通信对端会与一个线程绑定，该线程负责处理通信的各项操作。但在高并发场景下，会造成性能下降，因此引入了线程池模型，将单线程替换为线程池，大大提高了系统的性能。而在多线程模型中，连接操作与IO操作分开处理，并使用不同的线程池，进一步提升了系统的性能。Netty-Server采用了多线程模型，其中线程池由EventLoopGroup扮演，每个EventLoop与一个线程绑定，用于处理Channel与Server之间的操作。Netty-Client则采用了线程池模型，与Server建立连接后无需区分连接请求与IO请求。另外，Proactor模型是一种异步非阻塞I/O的网络通信模型，与Reactor模型相比，具有不同的特点。

Reactor模型

现在的网络通信框架，大多数都是基于Reactor模型进行设计和开发的，Netty也不例外。

Reactor单线程模型

Reactor单线程模型，指的是当前的Sever会为每一个通信对端形成一个Channel，而所有这些Channel都会与一个线程相绑定，该线程用于完成它们间的所有通信处理。该线程需要完成的操作有：

• 若当前为Server，则该线程需要接收并处理Client的连接请求
• 若当前为Client，则该线程需要向Server发起连接
• 读取通信对端的消息
• 向通信对端发送消息

Reactor线程池模型

Reactor单线程模型中使用一个线程处理所有通信对端的所有请求，在高并发场景中会严重影响系统性能。

所以，就将单线程模型中的这一个线程替换为了一个线程池。大大提高了系统性能。

Reactor多线程池模型

若请求连接的并发量是数以百万计的，且IO操作还比较耗时，此时的Server即使采用的是Reactor线程池模型，系统性能也会急剧下降。

此时，可以将连接操作与IO操作分开处理，形成Reactor的多线程模型。

当客户端通过处理连接请求的Channel连接上Server后，系统会为该客户端再生成一个子Channel专门用于处理该客户端的IO请求。这两类不同的Channel连接着两类不同的线程池。而线程池中的线程数量，可以根据需求分别设置。提高了系统性能

Netty-Server的Reactor模型

Netty-Server采用了多线程模型。不过线程池是由EventLoopGroup充当。EventLoopGroup中的每一个EventLoop都绑定着一个线程，用于处理该Channel与当前Server间的操作。一个Channel只能与一个EventLoop绑定，但一个EventLoop可以绑定多个Channel。即Channel与EventLoop间的关系是n:1。

Netty-Client的Reactor模型

Netty-Client采用的是线程池模型。因为其只需要与Server连接一次即可，无需区分连接请求与IO请求。

Proactor模型

在高性能的网络通信设计中，有两个比较著名的网络通信模型Reactor和Proactor模式，其中Reactor模式属于同步非阻塞I/O的网络通信模型，而Proactor运属于异步非阻塞I/O的网络通信模型。

Reactor模型的IO

对于Reactor模型，其IO属于同步非阻塞IO。

下面以channel发起读操作请求为例来分析整个执行过程。

当channel的执行线程发起了read()调用后，其会向selector注册了OPS_READ事件，然后该线程会不停的查看该事件是否就绪。

当selector接收到这个注册后，其就会不停的查看该channel所关联的网卡缓存中是否具有了数据。当selector轮询到该channel的网卡缓存中具有了数据后，该读操作就绪。

此时该线程就查看到了就绪，会发起systemcall，将网卡缓存中的数据读取到userbuffer中。这些操作完成后，会再执行read()后面的逻辑。整个执行过程，该线程未发生阻塞。所以Reactor模型是“同步非阻塞IO”模型

Proactor模型的IO

对于Proactor模型，其IO属于异步非阻塞IO。

下面仍以channel发起读操作请求为例来分析整个执行过程。

当channel的执行线程调用了异步的read()操作后，其会继续执行read()后的逻辑。而该read()会将本次操作注册到一个Proactor实例中，注册本次操作关注的事件为ReadComplete。一个channel的所有IO操作共享一个Proactor实例。或者说，一个Proactor实例处理同一channel中所有的IO请求。这个Proactor实例是在channel创建时完成的初始化。每个Proactor实例具有一个绑定的线程，用于执行相关IO操作。

当Proactor实例接收了read()操作的注册后，其会为网络缓存注册一个监听。若网卡缓存中有了数据，则马上通过DMA控制将数据写入到userbuffer中。一旦数据写入userbuffer完成，则该IO操作完毕，产生ReadComplete事件，此时会将该事件写入到Proactor所维护的一个队列。Proactor实例会将队列中的事件发送给各个IO调用者线程，以使他们触发相应的回调。

当前read()操作的调用线程无需阻塞等待read()操作的完成，而是直接执行后面的逻辑。由于read()操作本身是由另外一个线程来执行，所以Proactor模型是“异步非阻塞IO”模型。

Reactor中的selector是一种“事件分离器”的实现。在Proactor中不存在事件分离器，但存在一个Proactor实例。该实例会根据不同的IO操作，监听不同的内容。例如，本例为网卡缓存注册了监听。

Proactor优缺点

• Proactor在处理高耗时IO时的性能要高于Reactor，但对于低耗时IO的执行效率提升并不明显。因为Reactor的同步性（IO也是调用线程来处理）导致其处理高耗时IO时性能会极低（IO操作的后续逻辑无法执行）。但对于低耗时IO，异步也不会比同步快太多。同时异步还需要线程切换等操作，会使异步的优越性无法体现。

• Proactor的异步性使其并发处理能力要强于Reactor。

• Proactor的实现逻辑复杂，编码成本较Reactor要高很多。

• Proactor的异步依赖于操作系统对于异步的支持。若操作系统对异步的支持不好，Proactor的性能还不如Reactor。

Netty为何不用AIO?

Netty4是NIO的，其网络通信模型采用的是Reactor。而Netty5是AIO的，其网络通信模型采用的是Proactor。但该版本已经被不再维护。主要原因还是Linux目前对于异步的支持不完善，导致其执行效率很低。