线程模型

1.传统服务设计模型

特点：

通过阻塞I/O来获取数据
每个连接都需要独立的线程来完成业务输入、数据处理、数据返回

存在的问题：

1.当并发数很大时，需要创建大量线程，占用了很多系统资源。
2.连接创建后，如果连接中没有数据可读，线程会被阻塞，操作线程资源浪费。

2. NIO分发模型

分发模型具有以下几个机制：

将一个完整处理过程分解为一个个细小的任务。
每个任务执行相关的动作且不产生阻塞。
在任务执行状态被触发时才会去执行，例如，只在有数据时才会触发读操作。

3.事件驱动模型

事件驱动模型简单来说，就是当有事件来临时，任务才会被触发执行。
事件驱动的编程难度相对较高，它必须为服务设计多个逻辑状态，以便跟踪和中断恢复。这些逻辑状态也代表着相应的事件。
在Java NIO中，有以下逻辑状态：

OP_ACCEPT：接收连接事件，表示服务器监听到了客户连接。
OP_CONNECT：连接就绪事件，表示客户与服务器的连接已经建立
OP_READ：读就绪事件，表示通道中已有可读的数据。
OP_WRITE：写就绪事件，表示已经可以向通道写数据了。一般写就绪事件发生时机：当我们需要主动的向通道中写数据时，一般来说有两种方式：1.直接从Selector中拿到通道，然后直接写；2.将需要写的数据附加在SelectionKey上，然后调用key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE)，来将该key标记，当下次select时，该key会触发写操作。

Java NIO 示例

// 在需要写时拿到key，附加需要写的byteBuffer，然后设置感兴趣的操作
key.attach(msg);
key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
//...
// 下次select时，会判断到该key可写，执行写操作
if (key.isWritable()) {
    ByteBuffer byteBuffer = (ByteBuffer) key.attachment();
    byteBuffer.flip();
    ((SocketChannel)key.channel()).write(byteBuffer);
}

4.Reactor模型

有多种叫法，分别是反应器模式、分发者模式(Dispatcher)、通知者模式(Notifier)。

针对传统阻塞I/O模型的缺点，提出了两个解决方案：

基于IO复用模型：多个连接公用一个阻塞对象，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从阻塞状态返回，开始进行业务处理。
基于线程池复用线程资源：不必为每个连接都创建线程，将连接完成后的业务处理任务交给线程来进行处理，一个线程可处理多个连接的业务。

优点：

响应快
可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了线程/进程切换开销
扩展性好，可以通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源
可复用性高，Reactor模型与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性

4.1 单Reactor单线程模型

所有的处理流程仅在一个线程中完成，Reactor、Acceptor、Handler仅做了代码上的划分。

处理流程如下：

客户端发送请求，服务端Reactor监听到请求后，调用dispatch处理
如果是连接事件，则调用Acceptor处理
如果是读写事件，则调用Handler处理

使用案例：Redis

4.2 单Reactor多线程模型

该模型下监听、读写事件仍然由Reactor线程来处理，将耗时的业务处理流程交给了线程池来处理。

处理流程如下：

客户端发送请求，服务端Reactor线程监听到事件，调用dispatch处理
如果是连接事件，则交给Acceptor来处理
如果是读事件，则调用Handler读取到数据，然后交给Worker线程来进行业务逻辑处理，然后将操作结果返回给Reactor
如果是写事件，则Reactor调用Handler执行写操作

4.3 主从Reactor多线程模型

模型处理流程如下：

客户端发起连接请求，主Reactor通过Acceptor监听到连接请求。
Acceptor从多个副Reactor中挑选一个出来，然后将新连接交给该副Reactor。
将该连接注册到副Reactor单独维护的Selector中。
当连接可读时，副Reactor通过Handler来执行读操作，然后将处理数据的过程放到Worker来执行。
Workder线程处理完成后，Worker将返回操作结果给副Reactor，副Reactor再将操作结果返回给用户。

其中主Reactor是单线程的，副Reactor由多个线程组成，Workder线程池由多个线程组成。

优点：

主Reactor和副Reactor分工明确交互简单，主Reactor只需要接受新连接，副Reactor负责监听连接读写事件

缺点：

编程复杂度较高

使用案例：Netty、Nginx 等

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本文作者：ZOLMK
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