學習Netty就不得不從TCP服務器和I/O模型說起，了解TCP服務器架構和I/O模型的演進有助于深入了解Netty。

TCP服務器的架構

一般地，TCP服務器有兩種套接字，監聽套接字和已連接套接字。監聽套接字用于TCP的監聽，一旦連接建立便產生已連接套接字，服務器利用已連接套接字與客戶端進行通信。

• 迭代服務器
• 在迭代服務器中，監聽套接字會一直阻塞直到能夠接受連接，接受連接后利用已連接套接字與客戶端通信，這些工作都是在同一個線程中完成的，示意Java代碼如下。這種模式是串行處理，很難應對并發量較大的情況。

try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) { while (true) { Socket socket = serverSocket.accept(); // ... }} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}

• 并發服務器
• 在并發服務器中，監聽套接字會一直阻塞直到能夠接受連接，接受連接后，服務器會讓子線程/進程去處理已連接套接字，示意Java代碼如下。這種模式雖然是并行處理，可以不干擾服務端的監聽，但是由于每次新來一個請求就會產生一個新的線程去處理，出于資源的考慮很難應對高并發的情況。

try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) { while (true) { final Socket socket = serverSocket.accept(); new Thread(() -> { // ... }).start(); }} catch (IOException e) { e.printStackTrace();}

• IO多路復用(事件驅動)
• 為了能在一個線程中處理多個連接，可以使用IO多路復用(事件驅動)，典型的有Linux C中的select、poll和epoll，Java的Selector類等。以Selector為例，調用者在選擇器上為不同的連接注冊自己感興趣的事件(可讀/可寫/可接受/可連接)，然后阻塞在select上，當事件發生時調用者便會得到通知，并且知道是哪個連接觸發了事件，以便可以進一步處理。
• Selector實現的HTTP服務器示意如下：

public class NioServer { private static final int BUFFER_SIZE = 512; private static final String HTTP_RESPONSE_BODY = "Hello wolrd"; private static final String HTTP_RESPONSE_HEADER = "HTTP/1.1 200" + "Content-Type: text/html" + "Content-Length: " + HTTP_RESPONSE_BODY.length() + ""; private static final String HTTP_RESPONSE = HTTP_RESPONSE_HEADER + HTTP_RESPONSE_BODY; // IO多路復用 public void selector(int port) { try (ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); Selector selector = Selector.open()) { serverSocketChannel.configureBlocking(false); serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port)); serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); while (true) { int readyChannels = selector.select(); if (readyChannels == 0) { continue; } Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator iter = selectedKeys.iterator(); while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); if (key.isAcceptable()) { SocketChannel channel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept(); System.out.println("accept: " + channel); channel.configureBlocking(false); channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); } if (key.isReadable()) { SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); System.out.println("read: " + channel); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER_SIZE); int bytesRead = channel.read(buffer); while (bytesRead > 0) { buffer.flip(); while (buffer.hasRemaining()) { System.out.print((char) buffer.get()); } buffer.clear(); bytesRead = channel.read(buffer); } ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.wrap(HTTP_RESPONSE.getBytes()); while (writeBuf.hasRemaining()) { channel.write(writeBuf); } channel.close(); } iter.remove(); } } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }

I/O模型

一個輸入操作通常包括兩個不同的階段^[1][2]：

等待數據準備好

從內核向進程復制數據

(1) 阻塞式I/O模型

(2) 非阻塞式I/O模型

(3) I/O復用模型

(4) 信號驅動式I/O模型

(5) 異步I/O模型

同步I/O和異步I/O對比

POSIX把這兩個術語定義如下：

• 同步I/O操作導致請求進程阻塞，直至I/O操作完成；
• 異步I/O操作不導致請求進程阻塞。

根據上述定義，前4種模型——阻塞式I/O模型、非阻塞式I/O模型、I/O復用模型和信號驅動式I/O模型都是同步I/O模型，因為其中真正的I/O操作(recvfrom)將阻塞進程。只有異步I/O模型與POSIX定義的異步I/O相匹配。

Netty

Netty是一款異步的事件驅動的網絡應用編程框架，支持快速地開發可維護的高性能的面向協議的服務器和客戶端。與使用阻塞I/O來處理大量事件相比，使用非阻塞I/O來處理更快速、更經濟，Netty使用了Reactor模式將業務和網絡邏輯解耦，實現關注點分離^[3]。

Reactor模式

Reactor模式(反應堆模式)是一種處理一個或多個客戶端并發交付服務請求的事件設計模式。當請求抵達后，服務處理程序使用I/O多路復用策略，然后同步地派發這些請求至相關的請求處理程序^[4]。

Reactor模式中的角色：

• Reactor：監聽端口，響應與分發事件；
• Acceptor：當Accept事件到來時Reactor將Accept事件分發給Acceptor，Acceptor將已連接套接字的通道注冊到Reactor上；
• Handler：已連接套接字做業務處理。

單Reactor單線程

在這種模式中，Reactor、Acceptor和Handler都運行在一個線程中。

單Reactor多線程

在這種模式中，Reactor和Acceptor運行在同一個線程，而Handler只有在讀和寫階段與Reactor和Acceptor運行在同一個線程，讀寫之間對數據的處理會被Reactor分發到線程池中。

多Reactor多線程

在這種模式中，主Reactor負責監聽，與Acceptor運行在同一個線程，Acceptor會將已連接套接字的通道注冊到從Reactor上，從Reactor負責響應和分發事件，起到類似多線程Reactor的作用。Netty服務端使用了該種模式。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的reactor线程模型_从TCP服务器到I/O模型，带你学习Netty的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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