Netty学习笔记-入门版
Netty学习笔记
前言
本文简单介绍下netty的基本原理，I/O模型，Reactor线程模型以及架构设计等相关知识点。
什么是Netty
Netty是由JBOSS提供的一个Java开源框架。Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。
Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端编程框架，使用Netty 可以确保你快速和简单的开发出一个网络应用，例如实现了某种协议的客户，服务端应用。Netty相当简化和流线化了网络应用的编程开发过程，例如，TCP和UDP的socket服务开发。
Netty是由NIO演进而来，使用过NIO编程的用户就知道NIO编程非常繁重，Netty是能够能跟好的使用NIO
IO基础
概念说明
IO简单介绍
IO在计算机中指Input/Output，也就是输入和输出。由于程序和运行时数据是在内存中驻留，由CPU这个超快的计算核心来执行，涉及到数据交换的地方，通常是磁盘、网络等，就需要IO接口。
比如你打开浏览器，访问新浪首页，浏览器这个程序就需要通过网络IO获取新浪的网页。浏览器首先会发送数据给新浪服务器，告诉它我想要首页的HTML，这个动作是往外发数据，叫Output，随后新浪服务器把网页发过来，这个动作是从外面接收数据，叫Input。所以，通常，程序完成IO操作会有Input和Output两个数据流。当然也有只用一个的情况，比如，从磁盘读取文件到内存，就只有Input操作，反过来，把数据写到磁盘文件里，就只是一个Output操作。
用户空间与内核空间
现在操作系统都是采用虚拟存储器，那么对32位操作系统而言，它的寻址空间（虚拟存储空间）为4G（2的32次方）操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备(例如负责磁盘IO的设备)的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核（kernel），保证内核的安全，操作系统将虚拟空间划分为两部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。
针对linux操作系统而言，将最高的1G字节（从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供内核使用，称为内核空间，而将较低的3G字节（从虚拟地址0×00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为用户空间。
进程（Process）
是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。
在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
线程（thread）
是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
程序和进程
1个程序可以对应多个进程，但1个进程只能对应1个程序。
说白了就是，一个程序可以重复运行，开几个窗口，比如网游的“双开”，一个进程可以对应多个程序就是一个DLL文件可一被多个程序运用，比如DirectX9的动态链接库，就是，许多游戏都要有它才能运行。
我们简单总结下：
进程包含线程。
进程：指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；进程——资源分配的最小单位。
线程：系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。线程——程序执行的最小单位。
进程切换
为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在CPU上运行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行。这种行为被称为进程切换。因此可以说，任何进程都是在操作系统内核的支持下运行的，是与内核紧密相关的。
从一个进程的运行转到另一个进程上运行，这个过程中经过下面这些变化：
- 保存处理机上下文，包括程序计数器和其他寄存器。
- 更新PCB信息。
- 把进程的PCB移入相应的队列，如就绪、在某事件阻塞等队列。
- 选择另一个进程执行，并更新其PCB。
- 更新内存管理的数据结构。
- 恢复处理机上下文。
注：总而言之就是很耗资源
进程阻塞
正在执行的进程，由于期待的某些事件未发生，如请求系统资源失败、等待某种操作的完成、新数据尚未到达或无新工作做等，则由系统自动执行阻塞原语(Block)，使自己由运行状态变为阻塞状态。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为，也因此只有处于运行态的进程（获得CPU），才可能将其转为阻塞状态。当进程进入阻塞状态，是不占用CPU资源的。
文件描述符
简单理解：一个指向文件本身的指针（由系统所管理的引用标识，该标识可以被系统重新定位到一个内存地址上，间接访问对象 ），值是非负整数。
文件描述符（File descriptor，简称fd）是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。
文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。
文件句柄
Windows下的概念。句柄是Windows下各种对象的标识符，比如文件、资源、菜单、光标等等。文件句柄和文件描述符类似，它也是一个非负整数，也用于定位文件数据在内存中的位置。
缓存IO
大多数文件系统的默认IO都是缓存IO。过程是：数据先被拷贝到操作系统的内核缓冲区（页缓存 page cache）中，然后再拷贝到应用程序的地址空间。
Linux 网络I/O模型
同步、异步、阻塞、非阻塞的概念
同步
所谓同步，发起一个功能调用的时候，在没有得到结果之前，该调用不返回，也就是必须一件事一件事的做，等前一件做完了，才能做下一件。
main函数
int main(){
add();
sout();
}
int add(){
return 1+1;
}
异步
main函数
int main(){
ajax();
sout();
}
int ajax(){
return 1+1;
}
调用发出后，调用者不能立刻得到结果，而是实际处理这个调用的函数完成之后，通过状态、通知和回调来通知调用者。
比如ajax：
请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕
（在服务器处理的时候，客户端还可以干其他的事）
阻塞
指调用结果返回之前，当前线程会被挂起（CPU不给线程分配时间片），函数只能在得到结果之后才会返回。
（阻塞调用和同步调用的区别）同步调用的时候，当前线程仍然可能是激活的，只是在逻辑上当前函数没有返回。例如：在Socket中调用recv函数，如果缓冲区没有数据，这个函数会一直等待，知道数据返回。而在此时，这个线程还是可以处理其他消息的。
非阻塞
非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。
总结
同步是指A调用了B函数，B函数需要等处理完事情才会给A返回一个结果。A拿到结果继续执行。
异步是指A调用了B函数，A的任务就完成了，去继续执行别的事了，等B处理完了事情，才会通知A。
阻塞是指，A调用了B函数，在B没有返回结果的时候，A线程被CPU挂起，不能执行任何操作（这个线程不会被分配时间片）
非阻塞是指，A调用了B函数，A不用一直等待B返回结果，可以先去干别的事。
举个例子
老张爱喝茶，废话不说，煮开水。 出场人物：老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。
- 老张把水壶放到火上，立等水开。（同步阻塞） 老张觉得自己有点傻
- 老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞） 老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。
- 老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞） 老张觉得这样傻等意义不大
- 老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞） 老张觉得自己聪明了。
所谓同步异步，只是对于水壶而言。
普通水壶，同步；响水壶，异步。虽然都能干活，但响水壶可以在自己完工之后，提示老张水开了。这是普通水壶所不能及的。同步只能让调用者去轮询自己（情况2中），造成老张效率的低下。
所谓阻塞非阻塞，仅仅对于老张而言。立等的老张，阻塞；看电视的老张，非阻塞。情况1和情况3中老张就是阻塞的，媳妇喊他都不知道。虽然3中响水壶是异步的，可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的，这样才能发挥异步的效用。
I/O模型
recvfrom函数用于从（已连接）套接口上接收数据，并捕获数据发送源的地址。
本函数用于从（已连接）套接口上接收数据，并捕获数据发送源的地址。
（简单理解就是客户端等待服务端给数据的函数）
举个例子，其中的角色，客人（小明）对应内核线程，服务员对应的是用户线程。现在大黄在南亭新开了一家黄焖鸡，小明（客人）觉得很新鲜，准备喊上几个基友去南亭搓一顿黄焖鸡。
小明到店里了，如果小明成功点餐则需要经过两个步骤，第一步是思考要点什么吃的，第二步是跟服务员说要吃什么。
该模型的内核线程分为两个阶段
- 数据准备阶段：（等待点餐）未阻塞，当数据准备完成之后，会主动的通知用户进程数据已经准备完成，对用户进程做一个回调。
- 数据拷贝阶段：（进行点餐）阻塞用户进程，等待数据拷贝。
阻塞 I/O（blocking IO）
现在黄焖鸡的老板大黄给每个客人都配一个服务员，只要有一个客人来的话，就在旁边等客人思考吃什么并且进行点餐。只要客人还没有点餐完毕，对应的这个服务员就不能离开去做别的事情。
映射到Linux操作系统中，这就是阻塞的IO模型。在linux中，默认情况下所有的socket都是blocking，一个典型的读操作流程大概是这样：
用户线程（服务员） 内核线程（客人）
当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的两个阶段：
准备数据（对于网络IO来说，很多时候数据在一开始还没有到达。比如，还没有收到一个完整的UDP包。这个时候kernel就要等待足够的数据到来）。这个过程需要等待，也就是说数据被拷贝到操作系统内核的缓冲区中是需要一个过程的。而在用户进程这边，整个进程会被阻塞（当然，是进程自己选择的阻塞）。- 当kernel一直等到数据准备好了，它就会
将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除block的状态，重新运行起来。
所以，blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段（等待IO（准备IO）和执行IO）都被block了。
非阻塞 I/O（nonblocking IO）
现在随着有些大学生月初拿到零花钱，开始浪了，黄焖鸡的生意也变得越来越火爆了，来吃饭的客人越来越多，要配的服务员也越来越多，黄焖鸡的老板大黄心想这不对劲啊，要是突然同时来100个客人，就要有100个服务员，肯定巨亏啊，得想个法子提高效率。这时候老板大黄想到，在客人想点什么吃的时候，服务员完全可以去做别的事情，例如去给别的桌的客人点餐，只要偶尔过来问下客人是否要点餐了，一旦发现客人需要点餐了，就开始点餐。
映射到Linux操作系统中，这就是非阻塞的IO模型。linux下，可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时，流程是这个样子：
- 当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。
- 一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。
所以，nonblocking IO的特点是用户进程需要不断的主动询问kernel数据好了没有。
信号驱动I/O（ signal driven IO ）
过了一段时间，客人们好多都反应，你们服务员太烦人了，整天问我是不是可以点餐了，客人说我们干脆要点餐的时候就叫服务员过来好了，老板大黄心想这样也不错，能提高餐厅的运行效率，赚多点钱，便答应了（这时候的服务员还在客人旁边傻乎乎的站着，只等着客人喊他点餐）。
映射到Linux操作系统中，这就是信号驱动I/O。当数据报准备好的时候，内核会向应用程序发送一个信号，进程对信号进行捕捉，并且调用信号处理函数来获取数据报。
I/O 多路复用（ IO multiplexing）
老板大黄巡查店内情况，看到了服务员大多都傻乎乎的站着等客人喊他点餐，作为资本家的大黄，当然是要充分利用劳动力的。所以老板给服务员们开了个会，安排他们一个人负责一个区域（多个客人）的客人点餐需求，等到客人喊他点餐时，就过去点餐。
映射到Linux操作系统中，这就是I/O 多路复用。IO multiplexing就是我们说的select，poll，epoll，有些地方也称这种IO方式为event driven IO。select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select，poll，epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。
当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。
所以，I/O 多路复用的特点是通过一种机制
一个进程能同时等待多个文件描述符，而这些文件描述符（套接字描述符）其中的任意一个进入读就绪状态，select()函数就可以返回。
这个图和blocking IO的图其实并没有太大的不同，事实上，还更差一些。因为这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom)，而blocking IO只调用了一个system call (recvfrom)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。
所以，如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延迟还更大。select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。）
在IO multiplexing Model中，实际中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。
异步 I/O（asynchronous IO）
后来，随着黄焖鸡的味道大家都比较喜爱，口碑逐渐建立了起来，生意越发地火爆，常常座无虚席，大黄也开始梦想着多久能实现一个小目标。大学城里有些创业团队看到了黄焖鸡的火爆程度，看到服务员有很多时候是在给客人点餐，他们结合自己的专业知识，跟老板说给老板开发个手机点餐系统，客人通过手机就能点餐，服务员只需要查看系统的点餐情况进行上菜就好，老板大黄一看，秒啊，急忙答应了，通过点餐系统，餐厅运行效率更高了，接待的客人也越来越多，离一个小目标的梦想也越来越近了。
映射到Linux操作系统中，这就是异步 I/O。Linux下的asynchronous IO其实用得很少。先看一下它的流程：
用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。
用户进程只需要知道内核线程处理的结果
5中I/O模型对比
IO多路复用的三种机制
select
数组(长度1024)存储所有的fd
说的通俗一点就是各个客户端连接的文件描述符也就是套接字，都被放到了一个集合中，调用select函数之后会一直监视这些文件描述符中有哪些可读，如果有可读的描述符那么我们的工作进程就去读取资源。
select 在一个进程内可以维持最多 1024 个连接
poll
链表存储所有的fd
poll 和 select 的实现非常类似，本质上的区别就是存放 fd 集合的数据结构不一样。poll 在select基础上做了加强，可以维持任意数量的连接。
但 select 和 poll 方式有一个很大的问题就是，我们不难看出来 select和poll 是通过轮循的方式来查找是否可读或者可写，打个比方，如果同时有100万个连接都没有断开，而只有一个客户端发送了数据，所以这里它还是需要循环这么多次，造成资源浪费。
epoll
链表存储ready的fd
不需要遍历全部fd去找ready的，其全部的fd放在一个红黑树中加以维护。
epoll 是 select 和 poll 的增强版，epoll 同 poll 一样，文件描述符数量无限制。
epoll是基于内核的反射机制，在有活跃的 socket 时，系统会调用我们提前设置的回调函数。而 poll 和 select 都是遍历。
但是也并不是所有情况下 epoll 都比 select/poll 好，比如在如下场景：
在大多数客户端都很活跃的情况下，系统会把所有的回调函数都唤醒，所以会导致负载较高。既然要处理这么多的连接，那倒不如 select 遍历简单有效。
NIO入门
引言
在Java中提供了三种IO模型：BIO、NIO、AIO，模型的选择决定了程序通信的性能。
使用场景
-
BIO
BIO适用于连接数比较小的应用，这种IO模型对服务器资源要求比较高。 -
NIO
NIO适用于连接数目多、连接时间短的应用，比如聊天、弹幕、服务器间通讯等应用。 -
AIO
AIO适用于连接数目多、连接时间长的应用，比如相册服务器。
BIO
同步阻塞式
无脑创建线程
伪异步I/O阻塞式
改用线程池
NIO
同步非阻塞模型，服务器端用一个线程处理多个连接，客户端发送的连接请求会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有IO请求就进行处理：
NIO的非阻塞模式，使得一个线程从某通道发送请求或者读取数据时，如果目前没有可用的数据，不会使线程阻塞，在数据可读之前，该线程可以做其他的事情。
NIO有三大核心部分：
- Channel(通道)
- Buffer(缓冲区)
- Selector(选择器)
由图可知：
- 每个Channel对应一个Buffer。
- Selector对应一个线程，一个线程对应多个Channel。
- Selector会根据不同的事件，在各个通道上切换。
- Buffer是内存块，底层是数据。
缓冲区（Buffer）
本质是可以读写数据的内存块，Channel读取或者写入的数据必须通过Buffer:
java.nio.Buffer抽象类的属性：
复制代码
// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;
读写交换要使用flip方法。
通道（Channel）
通道是双向的，可以读操作、也可以写操作。
java.nio.channels.Channel接口的常用实现类：
FileChannel用于文件的数据读写，DatagramChannel用于UDP的数据读写，ServerSocketChannel和SocketChannel用于TCP的数据读写。
选择器（Selector）
Selector选择器使用一个线程来维护。多个Channel会以事件的方式注册到同一个Selector,当有事件发生时，Selector会获取事件，然后针对每个事件进行响应的处理。这样就不必为每个连接创建一个线程，不用维护多线程，也不会有多线程之间的上下文切换导致的系统的开销。
Selector示意图：
AIO
异步非阻塞模型，AIO引入异步通道的概念，使用了Proactor,只有有效的请求才启动线程，特点是先由操作系统完成后，才通知服务器端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。
对比
Reactor线程模型
Reactor线程模型是基于同步非阻塞IO实现的。对于异步非阻塞IO的实现是Proactor模型。
Netty就是基于Reactor线程模型开发的，我们今天来简单分析下：
Reactor模型中的三种角色及含义：
Reactor：将I/O事件分配给对应的handler。
Acceptor：处理客户端新连接，并分派请求到处理器链中。
Handlers：执行非阻塞读写任务。
Reactor常用的线程模型有三种
Reactor单线程模型
单线程模型简图
单线程模型就是指所有的I/O操作都是在一个线程中处理完成，NIO的线程需要接受客户端的Tcp连接，并且向客户端发送Tcp连接，读取通信两端的请求或应答，发送请求和应答。
单线程模型详细图解
大致了解了后，让我们看下这个详细流程，当客户端发起连接，Acceptor负责接收客户端的Tcp请求，链路建立成功后，通过Dispatcher将对应的ByteBuffer派发到指定的Hnadler上进行消息解码，用户Handler通过NIO线程将消息发送给客户端。单线程模型其实就是Acceptor的处理和Handler的处理都处在同一个线程中，当其中的一个Hnadler阻塞时，会导致其它的client和handler无法执行，甚至整个服务不能接受新的请求。
单线程模型缺点：不适用于高负载，高并发的场景。
因为一个NIO线程如果同时处理很多的链路，则机器在性能上无法满足海量的消息的编码，解码，读取和发送。如果NIO线程负载过重，处理速度变慢，会导致大量的客户端请求超时，甚至导致整个通信模块不可用。
Reactor多线程模型
为了解决单线程模型的缺点，设计出了多线程模型。如下简图：
多线程模型简图
如图所示在多线程模型下，用一个专门的NIO线程Acceptor来监听客户端的Tcp请求，对于网络I/O的读写操作和消息的读取、编码、解码、发送等使用NIO线程池来完成。因为客户端请求数量大于NIO线程池中的线程，一个NIO线程可以同时处理多条链路请求，但是一个链路请求只对应一个NIO线程。Reactor多线程模型能够大多数的使用场景，但是当客户端的并发连接非常的多，或者是服务端需要对客户端进行安全认证等，单个Acceptor线程可能会存在性能不足的问题。
主从Reactor多线程模型
Reactor的主从多线程模型
如图所示，从这个简图可以看出，服务端用于监听和接收客户端连接的不再是单个线程，而是分配了一个线程池。Acceptor线程池接收了客户端的请求连接并处理完成后（可能包含了权限认证等），后续的I/O操作再由NIO线程池来完成。这样就解决了多线程中客户端请求太多或者需要认证时一个Acceptor可能处理不过来的性能问题。
netty的线程模型
netty的线程模型是可以通过设置启动类的参数来配置的，设置不同的启动参数，netty支持Reactor单线程模型、多线程模型和主从Reactor多线程模型。
server端工作原理
NettyServer整体架构图.png
server端启动时绑定本地某个端口，将自己NioServerSocketChannel注册到某个boss NioEventLoop的selector上。
server端包含1个boss NioEventLoopGroup和1个worker NioEventLoopGroup，NioEventLoopGroup相当于1个事件循环组，这个组里包含多个事件循环NioEventLoop，每个NioEventLoop包含1个selector和1个事件循环线程。
每个boss NioEventLoop循环执行的任务包含3步：
- 第1步：轮询accept事件；
- 第2步：处理io任务，即accept事件，与client建立连接，生成NioSocketChannel，并将NioSocketChannel注册到某个worker NioEventLoop的selector上；
- 第3步：处理任务队列中的任务，runAllTasks。任务队列中的任务包括用户调用eventloop.execute或schedule执行的任务，或者其它线程提交到该eventloop的任务。
每个worker NioEventLoop循环执行的任务包含3步：
- 第1步：轮询read、write事件；
- 第2步：处理io任务，即read、write事件，在NioSocketChannel可读、可写事件发生时进行处理；
- 第3步：处理任务队列中的任务，runAllTasks。
client端工作原理
NettyClient整体架构图.png
client端启动时connect到server，建立NioSocketChannel，并注册到某个NioEventLoop的selector上。
client端只包含1个NioEventLoopGroup，每个NioEventLoop循环执行的任务包含3步：
- 第1步：轮询connect、read、write事件；
- 第2步：处理io任务，即connect、read、write事件，在NioSocketChannel连接建立、可读、可写事件发生时进行处理；
- 第3步：处理非io任务，runAllTasks。
服务端启动时创建了两个NioEventLoopGroup，一个是boss，一个是worker。实际上他们是两个独立的Reactor线程池，一个用于接收客户端的TCP连接，另一个用于处理Io相关的读写操作，或者执行系统/定时任务的task。
简单版
boss线程池作用：
（1）接收客户端的连接，初始化Channel参数
（2）将链路状态变更时间通知给ChannelPipeline
worker线程池作用：
（1）异步读取通信对端的数据报，发送读事件到ChannelPipeline
（2）异步发送消息到通信对端，调用ChannelPipeline的消息发送接口
（3）执行系统调用Task
（4）执行定时任务Task
通过配置boss和worker线程池的线程个数以及是否共享线程池等方式，netty的线程模型可以在单线程、多线程、主从线程之间切换。
为了提升性能，netty在很多地方都进行了无锁设计。比如在IO线程内部进行串行操作，避免多线程竞争造成的性能问题。表面上似乎串行化设计似乎CPU利用率不高，但是通过调整NIO线程池的线程参数，可以同时启动多个串行化的线程并行运行，这种局部无锁串行线程设计性能更优。
nettyd的NioEventLoop读取到消息之后，直接调用ChannelPipeline的fireChannelRead(Object msg)，只要用户不主动切换线程，一直都是由NioEventLoop调用用户的Handler，期间不进行线程切换，这种串行化设计避免了多线程操作导致的锁竞争，性能角度看是最优的。
Netty 的三层架构设计
Netty 采用了典型的三层网络架构进行设计和开发，其逻辑架构图如下所示。
通信调度层 Reactor
它由一系列辅助类完成，包括 Reactor 线程 NioEventLoop 及其父类，NioSocketChannel / NioServerSocketChannel 及其父类，Buffer 组件，Unsafe 组件 等。该层的主要职责就是监听网络的读写和连接操作，负责将网络层的数据读取到内存缓冲区，然后触发各种网络事件，例如连接创建、连接激活、读事件、写事件等，将这些事件触发到 PipeLine 中，由 PipeLine 管理的责任链来进行后续的处理。
责任链层 Pipeline
它负责上述的各种网络事件在责任链中的有序传播，同时负责动态地编排责任链。责任链可以选择监听和处理自己关心的事件，它可以拦截处理事件，以及向前向后传播事件。不同应用的 Handler 节点 的功能也不同，通常情况下，往往会开发编解码 Hanlder 用于消息的编解码，可以将外部的协议消息转换成 内部的 POJO 对象，这样上层业务则只需要关心处理业务逻辑即可，不需要感知底层的协议差异和线程模型差异，实现了架构层面的分层隔离。
业务逻辑编排层 Service ChannelHandler
业务逻辑编排层通常有两类：一类是纯粹的业务逻辑编排，还有一类是其他的应用层协议插件，用于特定协议相关的会话和链路管理。例如，CMPP 协议，用于管理和中国移动短信系统的对接。
架构的不同层面，需要关心和处理的对象都不同，通常情况下，对于业务开发者，只需要关心责任链的拦截和业务 Handler 的编排。因为应用层协议栈往往是开发一次，到处运行，所以实际上对于业务开发者来说，只需要关心服务层的业务逻辑开发即可。各种应用协议以插件的形式提供，只有协议开发人员需要关注协议插件，对于其他业务开发人员来说，只需关心业务逻辑定制。这种分层的架构设计理念实现了 NIO 框架 各层之间的解耦，便于上层业务协议栈的开发和业务逻辑的定制。
正是由于 Netty 的分层架构设计非常合理，基于 Netty 的各种应用服务器和协议栈开发才能够如雨后春笋般得到快速发展。
参考资料
《Netty权威指南》
(22 封私信 / 21 条消息) 怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？ - 知乎
Linux 下的五种 IO 模型详细介绍_Linux_脚本之家
Linux IO模式及 select、poll、epoll详解 - 人云思云 - SegmentFault 思否
(2条消息)从bio到nio到netty实现原理浅析_嘎嘎的博客-CSDN博客_netty nio
深入了解Netty【一】BIO、NIO、AIO简单介绍 - clawhub - 博客园
