（精华）Netty由浅入深_JAVA_流程_架构_系统

EPollSelectorImpl：调用implRegister将channel添加到数组pollWrapper中（pollWrapper.add(fd)）

复制数据到用户缓冲区

JAVA应用层

Reactor

红黑树

step3：runAllTasks

阻塞

accept

buffer

Boss Group

完成通知

linux内核空间

应用A

pollWrapper = new EPollArrayWrapper();

client

1、应用进程向内核发起read读取数据2、等待内核缓冲区数据（阻塞）3、内核缓冲区数据准备好后，复制数据到用户缓冲区（阻塞）4、复制完成，返回成功- 用户空间和内核空间都是在内存中的- read系统调用是将数据从内核空间复制到用户空间；write系统调用是将数据从用户空间复制到内核空间；底层都是由内核来完成的

TCP发送缓冲区（内核空间）

Selector

TCP/IP层

NioEventLoop

dispatch

Worker线程

Reactor主线程

implRegister()

select

业务处理

1、Reactor主线程MainReactor对象通过select监听客户端连接请求事件，收到事件后，通过Acceptor处理连接事件2、Acceptor处理完连接事件后，MainReactor将连接分发到SubReactor3、SubReactor将连接加入到队列进行监听，并创建Handler对各种事件处理4、Handler只负责响应read、send事件，不做具体业务处理。通过read读取数据后，会分发给后面的Worker线程池中的某个线程处理业务。5、Worker线程池中的线程处理完业务，会将结果返回给Handler。6、Handler收到响应后，通过send将结果返回给clientMainReactor只负责处理连接事件SubReactor负责处理read、send事件Worker负责处理具体业务Nginx、Netty都是基于这种线程模型

服务端ServerSocketChannel是在服务启动时注册的，只关注连接事件客户端SocketChannel是在事件（连接，读，写）发生后注册的，只关注读或者写事件

注册

read调用

Sub Reactor

监控

ChannelHandlerContext

read调用1

用户空间

IO模型-同步非阻塞NIO

SocketChannel1

read

接收数据

Selector.open()

send

复制完成

IO模型-IO多路复用

TaskQueue

应用层

step2：processSelectedKeys

处理请求

span style=\

ChannelHandler

具体任务交给handler来处理

注意：span style=\

建立连接

ChannelPipeLine

Acceptor

1、应用进程向内核发起read读取数据2、数据没有准备好，直接返回EWOULDBLOCK错误（非阻塞）3、应用进程不断发起read读取数据4、内核缓冲区数据准备好后，将数据复制到用户缓冲区（阻塞）5、复制完成，返回成功- 内核空间数据准备好前，线程都不阻塞，- 线程会轮询，确认内核数据是否准备好，准备好后，就会进行数据复制- BIO是面向流的，是单向通道；NIO是面向缓冲区的，是双向通道- 这个NIO模型不是JAVA中的NIO，这个循环会循环所有socket连接，性能太差

epoll_ctl方法

Netty线程模型

第1步

TCP接收缓冲区（内核空间）

Handler

1、发送数据

等待数据

TCP发送数据流程

客户端连接

epoll_create方法

调用返回

Worker线程池

...

......

JAVA NIO

注册绑定

client2

head

EPollSelectorImpl：调用poll开始注册绑定（第1步）及监控（第2步）注册绑定：将channel添加到红黑树，并且与对应事件绑定起来（连接，读，写事件）监控：监控rdlist列表有没有数据

等待内核缓冲区数据

select调用

Worker Group

rdlist

发送数据

epoll_create，创建了一个epoll实例（epoll包含了一个红黑树和一个rdlist双向链表）

SocketChannel2

1、Selector.open()：在JAVA层面创建了一个存储所有channel的数组，底层（C语言）调用了epoll_create，创建了一个epoll实例（epoll包含了一个红黑树和一个rdlist双向链表span style=\

Reactor子线程N

注册绑定：将channel添加到红黑树，并且与对应事件绑定起来（连接，读，写事件）

就绪事件列表rdlist

单Reactor单线程

client3

主从Reactor多线程

复制数据

非阻塞

client1

可读连接

step1：select

2、发送数据

SocketChannel3

tail

ServerSocketChannel

socketChannel.register()

JAVA底层

epoll_wait采用阻塞的方式来监控rdlist有没有数据，有数据就将该数据拷贝到用户空间，程序继续往下运行

1、Reactor对象通过select监听客户端请求事件，再通过dispatch进行分发2、如果是连接请求，会分发到Acceptor处理，然后创建一个Handler来处理完成连接后的各种事件3、如果不是连接请求，会分发到对应的Handler来处理4、Handler只负责响应read、send事件，不做具体业务处理。通过read读取数据后，会分发给后面的Worker线程池中的某个线程处理业务。5、Worker线程池中的线程处理完业务，会将结果返回给Handler。6、Handler收到响应后，通过send将结果返回给client将业务放入专门的线程池中处理，可以充分利用CPU多核性能；读写操作还是由Reactor单线程来完成，高并发下容易出现瓶颈

单Reactor多线程

IO模型-异步IO

1、NIO SERVER启动时，会调用Selector.open()方法，创建一个Selector对象，并且调用register方法，将ServerSocketChannel注册到Selector上面（此时Selector上面只有一个ServerSocketChannel，ServerSocketChannel只负责连接事件）2、调用selector.select()方法，采用阻塞方式监听所有channel的事件（连接，读，写），一旦有事件产生，就将这些事件以集合形式返回，由程序来处理3、如3个客户端发起了连接，此时，ServerSocketChannel会有3个连接事件返回，程序会拿到这3个SocketChannel并注册到Selector上（此时Selector上面有1个ServerSocketChannel和3个SocketChannel，SocketChannel负责读写事件）4、client1和client2有数据过来，Selector会感知到，将这2个SocketChannel以集合形式返回，由程序来处理

应用B

3、接收数据

read调用2

TCP发送流程简单分为三步：1、应用A将数据发送到TCP发送缓冲区2、TCP发送缓冲区将数据发送出去，经过网络传输，会到达应用B的TCP接收缓冲区3、应用B再从TCP接收缓冲区内读取数据，读到用户缓冲区注：1、IO模型中所说的阻塞是指在建立连接后，读取数据时出现的情况2、应用B向TCP接收缓冲区读取数据时，数据还没有准备好，这时线程会阻塞3、TCP接收缓冲区数据准备好后，在复制数据到用户缓冲区时，也会发生阻塞

channel与selectionkey绑定

PipeLinee具体结构

第2步

updateRegistrations();

客户端

1、Reactor对象通过select监听客户端请求事件，再通过dispatch进行分发2、如果是连接请求，会分发到Acceptor处理，然后创建一个Handler来处理连接完成后的后续业务处理3、如果不是连接请求，会分发到对应的Handler来处理4、Handler会完成read -> 业务处理 -> send完整的业务流程服务端用一个线程通过多路复用来完成连接，读，写，业务处理操作当读，写，业务处理耗时，容易出现性能问题

pollWrapper.poll(timeout)

epfd = epollCreate();

read调用N

Reactor子线程1

PipeLine

这里的socketChannel代表SocketChannel和ServerSocketChannel。

Channel

当集合里的channel有事件发生时，操作系统会将其复制到rdlist中

SelectionKey

注册NioSocketChannel到Selector

当红黑树的中channel有对应的事件发生时，会将该channel复制到rdlist。这一步是由操作系统来完成的

EPollArrayWrapper：EPollArrayWrapper()在创建channel数组时，构造方法里面还会调用epollCreate()，来触发C层面创建epoll实例。

8080端口

Main Reactor

监听

存放所有channel的集合

read/write

Netty抽象出两组线程池：BossGroup和WorkerGroupBossGroup：专门接收客户端的连接WorkerGroup：专门负责网络的读写BossGroup和WorkerGroup的类型都是NioEventLoopGroup（事件循环组），每个事件循环都是NioEventLoop注：1、一个Channel包含一个ChannelPipeLine；2、ChannelPipeLine维护了一个由ChannelHandlerContext组成的双向链表，每个ChannelHandlerContext又关联了一个ChannelHandler3、一个Handler要么属于入站（InBound）或者属于出站（OutBound）4、read事件（入站事件）会从链表head向后传递，直到最后一个入站的Handler5、write事件（出站事件）会从链表tail向前传递，直到最前一个出站的Handler6、两种类型的handler相互不干扰

selector.select()

EPollSelectorImpl：JAVA底层创建channel数组

Thread

服务端

epoll_wait方法

IO模型-同步阻塞

Selector多路复用器

C层面

非阻塞做其它事情

1、进程受阻于select调用，等待多个socket中的任意一个变为可读（阻塞）2、当socket变成可读时（说明内核缓冲区数据已经准备好），用户进程发起read读取数据，将数据复制到用户缓冲区（阻塞）3、复制完成，返回成功- JAVA中的NIO就是IO多路复用，Linux环境下底层使用的是epoll- 该模型适用于连接数多，连接时间短的场景- select阻塞，等待所有socket中的任意一个变成可读