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Java開發(fā)中Netty線程模型的原理是什么?

更新時(shí)間:2021-05-25 來(lái)源:黑馬程序員 瀏覽量:

Java開發(fā)中Netty線程模型原理解析,Netty是Java領(lǐng)域有名的開源網(wǎng)絡(luò)庫(kù)具有高性能和高擴(kuò)展性的特點(diǎn),很多流行的框架都是基于它來(lái)構(gòu)建。Netty 線程模型不是一成不變的,取決于用戶的啟動(dòng)參數(shù)配置。通過(guò)設(shè)置不同的啟動(dòng)參數(shù)Netty ,可同時(shí)支持 Reactor 單線程模型、多線程模型。

Netty線程模型就是Reactor模式的實(shí)現(xiàn),如圖:

Netty線程模型

Netty抽象了兩組線程池BossGroup和WorkerGroup,其類型都是NioEventLoopGroup,BossGroup用來(lái)接受客戶端發(fā)來(lái)的連接WorkerGroup則負(fù)責(zé)對(duì)完成TCP三次握手的連接進(jìn)行處理。

NioEventLoopGroup里面包含了多個(gè)NioEventLoop管理NioEventLoop的生命周期。每個(gè)NioEventLoop中包含了一個(gè)NIO Selector、一個(gè)隊(duì)列、一個(gè)線程;其中線程用來(lái)做輪詢注冊(cè)到Selector上的Channel的讀寫事件和對(duì)投遞到隊(duì)列里面的事件進(jìn)行處理。


Boss NioEventLoop線程的執(zhí)行步驟:

(1)處理accept事件與client建立連接, 生成NioSocketChannel。

(2)將NioSocketChannel注冊(cè)到某個(gè)worker NIOEventLoop上的selector

(3)處理任務(wù)隊(duì)列的任務(wù) 即runAllTasks。


Worker NioEventLoop線程的執(zhí)行步驟:

(1)輪詢注冊(cè)到自己Selector上的所有NioSocketChannel的read和write事件。

(2)2處理read和write事件在對(duì)應(yīng)NioSocketChannel處理業(yè)務(wù)。

(3)#runAllTasks處理任務(wù)隊(duì)列TaskQueue的任務(wù),一些耗時(shí)的業(yè)務(wù)處理可以放入TaskQueue中慢慢處理這樣不影響數(shù)據(jù)在pipeline中的流動(dòng)處理。

Worker NIOEventLoop處理NioSocketChannel業(yè)務(wù)時(shí),使用了pipeline (管道),管道中維護(hù)了handler處理器鏈表用來(lái)處理channel中的數(shù)據(jù)。

ChannelPipeline

Netty將Channel的數(shù)據(jù)管道抽象為ChannelPipeline,消息在ChannelPipline中流動(dòng)和傳遞。ChannelPipeline持有I/O事件攔截器ChannelHandler的雙向鏈表,由ChannelHandler對(duì)I/O事件進(jìn)行攔截和處理,可以方便的新增和刪除ChannelHandler來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)邏輯定制不需要對(duì)已有的ChannelHandler進(jìn)行修改能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)修改封閉和對(duì)擴(kuò)展的支持。


ChannelPipeline是一系列的ChannelHandler實(shí)例,流經(jīng)一個(gè)Channel的入站和出站事件可以被ChannelPipeline 攔截。每當(dāng)一個(gè)新的Channel被創(chuàng)建了,都會(huì)建立一個(gè)新的ChannelPipeline并綁定到該Channel上,這個(gè)關(guān)聯(lián)是永久性的;Channel既不能附上另一個(gè)ChannelPipeline也不能分離當(dāng)前這個(gè)。這些都由Netty負(fù)責(zé)完成,而無(wú)需開發(fā)人員的特別處理。


根據(jù)起源一個(gè)事件將由ChannelInboundHandler或ChannelOutboundHandler處理,ChannelHandlerContext實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)或傳播到下一個(gè)ChannelHandler。一個(gè)ChannelHandler處理程序可以通知ChannelPipeline中的下一個(gè)ChannelHandler執(zhí)行。Read事件(入站事件)和write事件(出站事件)使用相同的pipeline,入站事件會(huì)從鏈表head 往后傳遞到最后一個(gè)入站的handler出站事件會(huì)從鏈表tail往前傳遞到最前一個(gè)出站的 handler,兩種類型的 handler 互不干擾。

Netty線程模型

ChannelInboundHandler回調(diào)方法:

Netty線程模型

ChannelInboundHandler回調(diào)方法

Netty線程模型


異步非阻塞

寫操作:通過(guò)NioSocketChannel的write方法向連接里面寫入數(shù)據(jù)時(shí)候是非阻塞的,馬上會(huì)返回即使調(diào)用寫入的線程是我們的業(yè)務(wù)線程。Netty通過(guò)在ChannelPipeline中判斷調(diào)用NioSocketChannel的write的調(diào)用線程是不是其對(duì)應(yīng)的NioEventLoop中的線程,如果發(fā)現(xiàn)不是則會(huì)把寫入請(qǐng)求封裝為WriteTask投遞到其對(duì)應(yīng)的NioEventLoop中的隊(duì)列里面,然后等其對(duì)應(yīng)的NioEventLoop中的線程輪詢讀寫事件時(shí)候,將其從隊(duì)列里面取出來(lái)執(zhí)行。


讀操作:當(dāng)從NioSocketChannel中讀取數(shù)據(jù)時(shí)候并不是需要業(yè)務(wù)線程阻塞等待,而是等NioEventLoop中的IO輪詢線程發(fā)現(xiàn)Selector上有數(shù)據(jù)就緒時(shí),通過(guò)事件通知方式來(lái)通知業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)已就緒,可以來(lái)讀取并處理了。


每個(gè)NioSocketChannel對(duì)應(yīng)的讀寫事件都是在其對(duì)應(yīng)的NioEventLoop管理的單線程內(nèi)執(zhí)行,對(duì)同一個(gè)NioSocketChannel不存在并發(fā)讀寫,所以無(wú)需加鎖處理。


使用Netty框架進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí),當(dāng)我們發(fā)起I/O請(qǐng)求后會(huì)馬上返回,而不會(huì)阻塞我們的業(yè)務(wù)調(diào)用線程;如果想要獲取請(qǐng)求的響應(yīng)結(jié)果,也不需要業(yè)務(wù)調(diào)用線程使用阻塞的方式來(lái)等待,而是當(dāng)響應(yīng)結(jié)果出來(lái)的時(shí)候,使用I/O線程異步通知業(yè)務(wù)的方式,所以在整個(gè)請(qǐng)求 -> 響應(yīng)過(guò)程中業(yè)務(wù)線程不會(huì)由于阻塞等待而不能干其他事情。








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