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資訊專欄INFORMATION COLUMN

Netty(二) 從線程模型的角度看 Netty 為什么是高性能的？

G9YH / 2832人閱讀

摘要：主從多線程該模型將客戶端連接那一塊的線程也改為多線程，稱為主線程。同時(shí)也是多個(gè)子線程來(lái)處理事件響應(yīng)，這樣無(wú)論是連接還是事件都是高性能的。多線程提高并發(fā)效率。

前言

在之前的 SpringBoot 整合長(zhǎng)連接心跳機(jī)制 一文中認(rèn)識(shí)了 Netty。

但其實(shí)只是能用，為什么要用 Netty？它有哪些優(yōu)勢(shì)？這些其實(shí)都不清楚。

本文就來(lái)從歷史源頭說(shuō)道說(shuō)道。

傳統(tǒng) IO

在 Netty 以及 NIO 出現(xiàn)之前，我們寫 IO 應(yīng)用其實(shí)用的都是用 java.io.* 下所提供的包。

比如下面的偽代碼：

ServeSocket serverSocket = new ServeSocket(8080);
Socket socket = serverSocket.accept() ;
BufferReader in = .... ;

String request ;
 
while((request = in.readLine()) != null){
    new Thread(new Task()).start()
}

大概是這樣，其實(shí)主要想表達(dá)的是：這樣一個(gè)線程只能處理一個(gè)連接。

如果是 100 個(gè)客戶端連接那就得開(kāi) 100 個(gè)線程，1000 那就得 1000 個(gè)線程。

要知道線程資源非常寶貴，每次的創(chuàng)建都會(huì)帶來(lái)消耗，而且每個(gè)線程還得為它分配對(duì)應(yīng)的棧內(nèi)存。

即便是我們給 JVM 足夠的內(nèi)存，大量線程所帶來(lái)的上下文切換也是受不了的。

并且傳統(tǒng) IO 是阻塞模式，每一次的響應(yīng)必須的是發(fā)起 IO 請(qǐng)求，處理請(qǐng)求完成再同時(shí)返回，直接的結(jié)果就是性能差，吞吐量低。
Reactor 模型

因此業(yè)界常用的高性能 IO 模型是 Reactor。

它是一種異步、非阻塞的事件驅(qū)動(dòng)模型。

通常也表現(xiàn)為以下三種方式：

單線程

從圖中可以看出：

它是由一個(gè)線程來(lái)接收客戶端的連接，并將該請(qǐng)求分發(fā)到對(duì)應(yīng)的事件處理 handler 中，整個(gè)過(guò)程完全是異步非阻塞的；并且完全不存在共享資源的問(wèn)題。所以理論上來(lái)說(shuō)吞吐量也還不錯(cuò)。

但由于是一個(gè)線程，對(duì)多核 CPU 利用率不高，一旦有大量的客戶端連接上來(lái)性能必然下降，甚至?xí)写罅空?qǐng)求無(wú)法響應(yīng)。
最壞的情況是一旦這個(gè)線程哪里沒(méi)有處理好進(jìn)入了死循環(huán)那整個(gè)服務(wù)都將不可用！
多線程

因此產(chǎn)生了多線程模型。

其實(shí)最大的改進(jìn)就是將原有的事件處理改為了多線程。

可以基于 Java 自身的線程池實(shí)現(xiàn)，這樣在大量請(qǐng)求的處理上性能提示是巨大的。

雖然如此，但理論上來(lái)說(shuō)依然有一個(gè)地方是單點(diǎn)的；那就是處理客戶端連接的線程。

因?yàn)榇蠖鄶?shù)服務(wù)端應(yīng)用或多或少在連接時(shí)都會(huì)處理一些業(yè)務(wù)，如鑒權(quán)之類的，當(dāng)連接的客戶端越來(lái)越多時(shí)這一個(gè)線程依然會(huì)存在性能問(wèn)題。

于是又有了下面的線程模型。

主從多線程

該模型將客戶端連接那一塊的線程也改為多線程，稱為主線程。

同時(shí)也是多個(gè)子線程來(lái)處理事件響應(yīng)，這樣無(wú)論是連接還是事件都是高性能的。

Netty 實(shí)現(xiàn)

以上談了這么多其實(shí) Netty 的線程模型與之的類似。

我們回到之前 SpringBoot 整合長(zhǎng)連接心跳機(jī)制TCP-Heartbeat/) 中的服務(wù)端代碼：

    private EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();
    private EventLoopGroup work = new NioEventLoopGroup();


    /**
     * 啟動(dòng) Netty
     *
     * @return
     * @throws InterruptedException
     */
    @PostConstruct
    public void start() throws InterruptedException {

        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap()
                .group(boss, work)
                .channel(NioServerSocketChannel.class)
                .localAddress(new InetSocketAddress(nettyPort))
                //保持長(zhǎng)連接
                .childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                .childHandler(new HeartbeatInitializer());

        ChannelFuture future = bootstrap.bind().sync();
        if (future.isSuccess()) {
            LOGGER.info("啟動(dòng) Netty 成功");
        }
    }

其實(shí)這里的 boss 就相當(dāng)于 Reactor 模型中處理客戶端連接的線程池。

work 自然就是處理事件的線程池了。

那么如何來(lái)實(shí)現(xiàn)上文的三種模式呢？其實(shí)也很簡(jiǎn)單：

單線程模型：

private EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap()
                .group(group)
                .childHandler(new HeartbeatInitializer());

多線程模型：

private EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(1);
private EventLoopGroup work = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap()
                .group(boss,work)
                .childHandler(new HeartbeatInitializer());

主從多線程：

private EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup();
private EventLoopGroup work = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap()
                .group(boss,work)
                .childHandler(new HeartbeatInitializer());

相信大家一看也明白。

總結(jié)

其實(shí)看過(guò)了 Netty 的線程模型之后能否對(duì)我們平時(shí)做高性能應(yīng)用帶來(lái)點(diǎn)啟發(fā)呢？

我認(rèn)為是可以的：

接口同步轉(zhuǎn)異步處理。

回調(diào)通知結(jié)果。

多線程提高并發(fā)效率。

無(wú)非也就是這些，只是做了這些之后就會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題：

異步之后事務(wù)如何保證？

回調(diào)失敗的情況？

多線程所帶來(lái)的上下文切換、共享資源的問(wèn)題。

這就是一個(gè)博弈的過(guò)程，想要做到一個(gè)盡量高效的應(yīng)用是需要不斷磨合試錯(cuò)的。

上文相關(guān)的代碼：

https://github.com/crossoverJie/netty-action

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