NIO的几种模型

墨蓝 2022-05-31 14:06 180阅读 0赞

## Reactor单线程模型： ##

单个线程完成所有事情包括接收客户端的TCP连接请求，读取和写入套接字数据等。  
对于一些小容量应用场景，可以使用单线程模型。但是对于高负载、大并发的应用却不合适，主要原因如下：

1.  一个NIO线程同时处理成百上千的链路，性能上无法支撑，即便NIO线程的CPU负荷达到100%，也无法满足海量消息的编码、解码、读取和发送；
2.  当NIO线程负载过重之后，处理速度将变慢，这会导致大量客户端连接超时，超时之后往往会进行重发，这更加重了NIO线程的负载，最终会导致大量消息积压和处理超时，NIO线程会成为系统的性能瓶颈；
3.  可靠性问题：一旦NIO线程意外跑飞，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。

为了解决这些问题，演进出了Reactor多线程模型。

**个人理解单线程的主要瓶颈是，链路多了，cpu主要消耗在轮询上。所以要分组，减少轮询消耗。**

## Reactor多线程模型： ##

Rector多线程模型与单线程模型最大的区别就是有一组NIO线程处理真实的IO操作。  
Reactor多线程模型的特点：

1.  有专门一个NIO线程-Acceptor线程用于监听服务端，接收客户端的TCP连接请求；
2.  网络IO操作-读、写等由一个NIO线程池负责，线程池可以采用标准的JDK线程池实现，它包含一个任务队列和N个可用的线程，由这些NIO线程负责消息的读取、解码、编码和发送；
3.  1个NIO线程可以同时处理N条链路，但是1个链路只对应1个NIO线程，防止发生并发操作问题。  
    在绝大多数场景下，Reactor多线程模型都可以满足性能需求；但是，在极特殊应用场景中，一个NIO线程负责监听和处理所有的客户端连接可能会存在性能问题。例如百万客户端并发连接，或者服务端需要对客户端的握手消息进行安全认证，认证本身非常损耗性能。在这类场景下，单独一个Acceptor线程可能会存在性能不足问题，为了解决性能问题，产生了第三种Reactor线程模型-主从Reactor多线程模型。  
    即从单线程中由一个线程即监听连接事件、读写事件、由完成数据读写，拆分为由一个线程专门监听各种事件，再由专门的线程池负责处理真正的IO数据读写。

## 主从Reactor多线程模型 ##

主从Reactor线程模型与Reactor多线程模型的最大区别就是有一组NIO线程处理连接、读写事件。  
主从Reactor线程模型的特点是：服务端用于接收客户端连接的不再是个1个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。Acceptor接收到客户端TCP连接请求处理完成后（可能包含接入认证等），将新创建的SocketChannel注册到IO线程池（sub reactor线程池）的某个IO线程上，由它负责SocketChannel的读写和编解码工作。Acceptor线程池仅仅只用于客户端的登陆、握手和安全认证，一旦链路建立成功，就将链路注册到后端subReactor线程池的IO线程上，由IO线程负责后续的IO操作。  
**即从多线程模型中由一个线程来监听连接事件和数据读写事件，拆分为一个线程监听连接事件，线程池的多个线程监听已经建立连接的套接字的数据读写事件，另外和多线程模型一样有专门的线程池处理真正的IO操作。**