2024年Java最新Netty高性能架构之Reactor模式(1),Java重要知识点

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根据 Reactor 的数量和处理资源池线程的数量不同,有 3 种典型的实现

  1. 单 Reactor 单线程;

  2. 单 Reactor 多线程;

  3. 主从 Reactor 多线程

Netty 线程模式(Netty 主要基于主从 Reactor 多线程模型做了一定的改进,其中主从 Reactor 多线程模型有多个 Reactor)

2. 传统阻塞I/O服务模型


2.1 工作原理

在这里插入图片描述

说明:

黄色的框表示对象, 蓝色的框表示线程,白色的框表示方法(API)

2.2 模型特点

采用阻塞IO模式获取输入的数据,每个连接都需要独立的线程完成数据的输入,业务处理,数据返回

2.3 问题分析

当并发数很大,就会创建大量的线程,占用很大系统资源,连接创建后,如果当前线程暂时没有数据可读,该线程会阻塞在read 操作,造成线程资源浪费

3. Reactor模式


针对传统阻塞 I/O 服务模型的 2 个缺点,解决方案

  1. 基于 I/O 复用模型:多个连接共用一个阻塞对象,应用程序只需要在一个阻塞对象等待,无需阻塞等待所有连接。当某个连接有新的数据可以处理时,操作系统通知应用程序,线程从阻塞状态返回,开始进行业务处理Reactor 对应的叫法: 1. 反应器模式 2. 分发者模式(Dispatcher) 3. 通知者模式(notifier)

  2. 基于线程池复用线程资源:不必再为每个连接创建线程,将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理,一个线程可以处理多个连接的业务。

在这里插入图片描述

I/O 复用结合线程池,就是 Reactor 模式基本设计思想,如图:

在这里插入图片描述

说明:

  1. Reactor 模式,通过一个或多个输入同时传递给服务处理器的模式(基于事件驱动)
  1. 服务器端程序处理传入的多个请求,并将它们同步分派到相应的处理线程, 因此Reactor模式也叫 Dispatcher模式
  1. Reactor 模式使用IO复用监听事件, 收到事件后,分发给某个线程(进程), 这点就是网络服务器高并发处理关键
Reactor 模式中 核心组成:
  1. Reactor:Reactor 在一个单独的线程中运行,负责监听和分发事件,分发给适当的处理程序来对 IO 事件做出反应。 它就像公司的电话接线员,它接听来自客户的电话并将线路转移到适当的联系人;

  2. Handlers:处理程序执行 I/O 事件要完成的实际事件,类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。Reactor 通过调度适当的处理程序来响应 I/O 事件,处理程序执行非阻塞操作。

3.1 单Reactor单线程

3.1.1 方案说明

在这里插入图片描述

  1. Select 是前面 I/O 复用模型介绍的标准网络编程 API,可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求

  2. Reactor 对象通过 Select 监控客户端请求事件,收到事件后通过 Dispatch 进行分发

  3. 如果是建立连接请求事件,则由 Acceptor 通过 Accept 处理连接请求,然后创建一个 Handler 对象处理连接完成后的后续业务处理

  4. 如果不是建立连接事件,则 Reactor 会分发调用连接对应的 Handler 来响应

  5. Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程

结合实例:服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的 IO 操作(包括连接,读、写等),编码简单,清晰明了,但是如果客户端连接数量较多,将无法支撑,前面的 NIO 案例就属于这种模型。

3.1.2 优缺点分析

优点:模型简单,没有多线程、进程通信、竞争的问题,全部都在一个线程中完成

缺点:性能问题,只有一个线程,无法完全发挥多核 CPU 的性能。Handler 在处理某个连接上的业务时,整个进程无法处理其他连接事件,很容易导致性能瓶颈

缺点:可靠性问题,线程意外终止,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

使用场景:客户端的数量有限,业务处理非常快速,比如 Redis在业务处理的时间复杂度 O(1) 的情况

3.2 单Reactor多线程

3.2.1 原理图

在这里插入图片描述

  1. Reactor 对象通过select 监控客户端请求事件, 收到事件后,通过dispatch进行分发

  2. 如果建立连接请求, 则由Acceptor 通过accept 处理连接请求, 然后创建一个Handler对象处理完成连接后的各种事件

  3. 如果不是连接请求,则由reactor分发调用连接对应的handler 来处理

  4. handler 只负责响应事件,不做具体的业务处理, 通过read 读取数据后,会分发给后面的worker线程池的某个线程处理业务

  5. worker 线程池会分配独立线程完成真正的业务,并将结果返回给handler

最后:学习总结——MyBtis知识脑图(纯手绘xmind文档)

学完之后,若是想验收效果如何,其实最好的方法就是可自己去总结一下。比如我就会在学习完一个东西之后自己去手绘一份xmind文件的知识梳理大纲脑图,这样也可方便后续的复习,且都是自己的理解,相信随便瞟几眼就能迅速过完整个知识,脑补回来。下方即为我手绘的MyBtis知识脑图,由于是xmind文件,不好上传,所以小编将其以图片形式导出来传在此处,细节方面不是特别清晰。但可给感兴趣的朋友提供完整的MyBtis知识脑图原件(包括上方的面试解析xmind文档)

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除此之外,前文所提及的Alibaba珍藏版mybatis手写文档以及一本小小的MyBatis源码分析文档——《MyBatis源码分析》等等相关的学习笔记文档,也皆可分享给认可的朋友!

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