轉載自：https://www.cnblogs.com/TomSnail/p/6158249.html
1. Proactor和Reactor
Proactor和Reactor是兩種經典的多路複用I/O模型，主要用於在高併發、高吞吐量的環境中進行I/O處理。
I/O多路複用機制都依賴於一個事件分發器，事件分離器把接收到的客戶事件分發到不同的事件處理器中，如下圖：
1.1 select，poll，epoll
在操作系統級別select，poll，epoll是3個常用的I/O多路複用機制，簡單瞭解一下將有助於我們理解Proactor和Reactor。
1.1.1 select
select的原理如下：
用戶程序發起讀操作後，將阻塞查詢讀數據是否可用，直到內核準備好數據後，用戶程序纔會真正的讀取數據。
poll與select的原理相似，用戶程序都要阻塞查詢事件是否就緒，但poll沒有最大文件描述符的限制。
1.1.2 epoll
epoll是select和poll的改進，原理圖如下：
epoll使用“事件”的方式通知用戶程序數據就緒，並且使用內存拷貝的方式使用戶程序直接讀取內核準備好的數據，不用再讀取數據
1.2 Proactor
Proactor是一個異步I/O的多路複用模型，原理圖如下：
- 用戶發起IO操作到事件分離器
- 事件分離器通知操作系統進行IO操作
- 操作系統將數據存放到數據緩存區
- 操作系統通知分發器IO完成
- 分離器將事件分發至相應的事件處理器
- 事件處理器直接讀取數據緩存區內的數據進行處理
1.3 Reactor
Reactor是一個同步的I/O多路複用模型，它沒有Proactor模式那麼複雜，原理圖如下：
- 用戶發起IO操作到事件分離器
- 事件分離器調用相應的處理器處理事件
- 事件處理完成，事件分離器獲得控制權，繼續相應處理
1.4 Proactor和Reactor的比較
- Reactor模型簡單，Proactor複雜
- Reactor是同步處理方式，Proactor是異步處理方式
- Proactor的IO事件依賴操作系統，操作系統須支持異步IO
- 同步與異步是相對於服務端與IO事件來說的，Proactor通過操作系統異步來完成IO操作，當IO完成後通知事件分離器，而Reactor需要自己完成IO操作
2 Reactor多線程模型
前面已經簡單介紹了Proactor和Reactor模型，在實際中Proactor由於需要操作系統的支持，實現的案例不多，有興趣的可以看一下Boost Asio的實現，我們主要說一下Reactor模型，Netty也是使用Reactor實現的。
但單線程的Reactor模型每一個用戶事件都在一個線程中執行：
性能有極限，不能處理成百上千的事件
當負荷達到一定程度時，性能將會下降
單某一個事件處理器發送故障，不能繼續處理其他事件
2.1 多線程Reactor
使用線程池的技術來處理I/O操作，原理圖如下：
- Acceptor專門用來監聽接收客戶端的請求
- I/O讀寫操作由線程池進行負責
- 每個線程可以同時處理幾個鏈路請求，但一個鏈路請求只能在一個線程中進行處理
2.2 主從多線程Reactor
在多線程Reactor中只有一個Acceptor，如果出現登錄、認證等耗性能的操作，這時就會有單點性能問題，因此產生了主從Reactor多線程模型，原理如下：
- Acceptor不再是一個單獨的NIO線程，而是一個獨立的NIO線程池
- Acceptor處理完後，將事件註冊到IO線程池的某個線程上
- IO線程繼續完成後續的IO操作
- Acceptor僅僅完成登錄、握手和安全認證等操作，IO操作和業務處理依然在後面的從線程中完成
3 Netty中Reactor模型的實現
Netty同時支持Reactor的單線程、多線程和主從多線程模型，在不同的應用中通過啓動參數的配置來啓動不同的線程模型。
通過線程池的線程個數、是否共享線程池方式來切換不同的模型
3.1 Netty中的Reactor模型
Netty中的Reactor模型如下圖：
- Acceptor中的NioEventLoop用於接收TCP連接，初始化參數
- I/O線程池中的NioEventLoop異步讀取通信對端的數據報，發送讀事件到channel
- 異步發送消息到對端，調用channel的消息發送接口
- 執行系統調用Task
- 執行定時Task
3.2 NioEventLoop
NioEventLoop是Netty的Reactor線程，它在Netty Reactor線程模型中的職責如下：
- 作爲服務端Acceptor線程，負責處理客戶端的請求接入
- 作爲客戶端Connecor線程，負責註冊監聽連接操作位，用於判斷異步連接結果
- 作爲IO線程，監聽網絡讀操作位，負責從SocketChannel中讀取報文
- 作爲IO線程，負責向SocketChannel寫入報文發送給對方，如果發生寫半包，會自動註冊監聽寫事件，用於後續繼續發送半包數據，直到數據全部發送完成
如下圖，是一個NioEventLoop的處理鏈：
- 處理鏈中的處理方法是串行化執行的
- 一個客戶端連接只註冊到一個NioEventLoop上，避免了多個IO線程併發操作
3.2.1 Task
Netty Reactor線程模型中有兩種Task:系統Task和定時Task
- 系統Task:創建它們的主要原因是，當IO線程和用戶線程都在操作同一個資源時，爲了防止併發操作時鎖的競爭問題，將用戶線程封裝爲一個Task，在IO線程負責執行，實現局部無鎖化
- 定時Task：主要用於監控和檢查等定時動作
基於以上原因，NioEventLoop不是一個純粹的IO線程，它還會負責用戶線程的調度
3.2.2 IO線程的分配細節
線程池對IO線程進行資源管理，是通過EventLoopGroup實現的。線程池平均分配channel到所有的線程（循環方式實現，不是100%準確），一個線程在同一時間只會處理一個通道的IO操作，這種方式可以確保我們不需要關心同步問題。
3.2.3 Selector
NioEventLoop是Reactor的核心線程，那麼它就就必須實現多路複用。
Selector的過程如下：
- 首先oldWakenUp = wakenUp.getAndSet(false)
- 如果隊列中有任務， selectNow()
- 如果沒有select(),直達channel準備就緒，但此過程中循環次數超過限值也將rebuidSelectoror退出循環
- 執行processSelectedKeys和runAllTasks
3.2.4 epoll-bug的處理
在netty中對java nio的epoll bug進行了處理,就是設置一個閥值，如果超過了就rebuidSelector來避免epoll()死循環
3.2.5 NioEevntLoopGroup
EventExecutorGroup：提供管理EevntLoop的能力，他通過next()來爲任務分配執行線程，同時也提供了shutdownGracefully這一優雅下線的接口.
EventLoopGroup繼承了EventExecutorGroup接口,並新添了3個方法
- EventLoop next()
- ChannelFuture register(Channel channel)
- ChannelFuture register(Channel channel, ChannelPromise promise)
EventLoopGroup的實現中使用next().register(channel)來完成channel的註冊，即將channel註冊時就綁定了一個EventLoop，然後EvetLoop將channel註冊到EventLoop的Selector上。
NioEventLoopGroup還有幾點需要注意：
- NioEventLoopGroup下默認的NioEventLoop個數爲cpu核數 * 2，因爲有很多的io處理
- NioEventLoop和java的single線程池在5裏差異變大了，它本身不負責線程的創建銷燬，而是由外部傳入的線程池管理
- channel和EventLoop是綁定的，即一旦連接被分配到EventLoop，其相關的I/O、編解碼、超時處理都在同一個EventLoop中，這樣可以確保這些操作都是線程安全的