单线程模型 (单Reactor单线程)
多线程模型 (单Reactor多线程)
主从多线程模型 (多Reactor多线程)

1. 单Reactor单线程

所有操作都在同一个NIO线程处理，在这个单线程中要负责接收请求，处理IO，编解码所有操作，相当于一个饭馆只有一个人，同时负责前台和后台服务，效率低。

1. 一个NIO线程同时处理成百上千的连接，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，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。

使用场景：客户端发送连接数量有限，且业务线程处理时间非常快 可以使用单个线程维护多个不同连接 ，代表有Redis。

Netty相关代码

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();

优点：
不需要上下文切换 、不存在线程安全的问题

缺点：
1.只有一个线程处理，无法发挥cpu多核的效率
2.如果请求比较多的情况下，容易遇到瓶颈
3.某种意外的原因线程终止了，导致整个系统模块无法使用。

适用于客户端连接数量有一定限制，业务处理时间非常快。

2. 单Reactor多线程

相当于一个饭馆有一个前台负责接待，有很多服务员去做后面的工作，这样效率就比单线程模型提高很多。

1.由一个Reactor线程-Acceptor线程用于监听服务端，接收客户端连接请求；
2.网络I/O操作读、写等由Reactor线程池负责处理；
3.一个Reactor线程可同时处理多条链路，但一条链路只能对应一个Reactor线程，这样可避免并发操作问题；
4.绝大多数场景下，Reactor多线程模型都可以满足性能需求，但是，在极个别特殊场景中，一个Reactor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。例如并发百万客户端连接，或者服务端需要对客户端握手进行安全认证，但是认证本身非常损耗性能。因此，诞生了第三种线程模型；

Netty设置相关代码

EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup(2);
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();

创建1个线程的bossGroup线程组，这个线程负责处理客户端的连接请求，而workerGroup默认使用处理器个数*2的线程数量来处理I/O操作。这就相当于Reactor的多线程模型。

优点：
可以充分利用多线程多核处理能力 ，处理效率比单线程要快

缺点：
对线程之间访问数据，有可能遇到线程安全问题。

3. Reactor主从模型

多线程模型的缺点在于并发量很高的情况下，只有一个Reactor单线程去处理是来不及的，就像饭馆只有一个前台接待很多客人也是不够的。为此需要使用主从线程模型。
主从线程模型：一组线程池接收请求，一组线程池处理IO。

1.服务端使用一个独立的主Reactor线程池来处理客户端连接，当服务端收到连接请求时，从主线程池中随机选择一个Reactor线程作为Acceptor线程处理连接；
2.链路建立成功后，将新创建的SocketChannel注册到sub reactor线程池的某个Reactor线程上，由它处理后续的I/O操作。

1.mainReactor负责监听server socket，用来处理新连接的建立，将建立的socketChannel指定注册给subReactor。
2.subReactor维护自己的selector, 基于mainReactor 注册的socketChannel多路分离IO读写事件，读写网 络数据，对业务处理的功能，另其扔给worker线程池来完成。

通俗易懂理解为：mainReactor为老板、只负责接口、subReactor负责前台接待，也就是多个前台接待。

比起多线程单 Rector 模型，它是将 Reactor 分成两部分，mainReactor 负责监听并 Accept新连接，然后将建立的 socket 通过多路复用器（Acceptor）分派给subReactor。subReactor 负责多路分离已连接的 socket，读写网络数据；业务处理功能，其交给 worker 线程池完成。通常，subReactor 个数上可与 CPU 个数等同。

4. Netty线程模型

1.创建服务端的时候实例化了 2 个 EventLoopGroup。bossGroup 线程组实际就是 Acceptor 线程池，负责处理客户端的 TCP 连接请求。workerGroup 是真正负责 I/O 读写操作的线程组。通过这里能够知道 Netty 是多 Reactor 模型。

2.ServerBootstrap 类是 Netty 用于启动 NIO 的辅助类，能够方便开发。通过 group 方法将线程组传递到 ServerBootstrap 中，设置 Channel 为 NioServerSocketChannel，接着设置 NioServerSocketChannel 的 TCP 参数，最后绑定 I/O 事件处理类 ChildChannelHandler。
辅助类完成配置之后调用 bind 方法绑定监听端口，Netty 返回 ChannelFuture，f.channel().closeFuture().sync() 对同步阻塞的获取结果。

3.调用线程组 shutdownGracefully 优雅推出，释放资源。

1.Netty核心抽象出：两个线程池bossGroup和workerGroup；
2.bossGroup负责事件的接收，workerGroup负责处理该时间的IO流读写；
3.NioEventLoopGroup类似于是一个事件循环组，该组有有多个不同的事件循环 NioEventLoop 表示一个不断循环的执行处理任务的线程， 每个 NioEventLoop 都有一个 Selector , 用于监听绑定在其上的 Socket 的网络通讯；
4.new NioEventLoopGroup(BossGroup(接收线程)、WorkerGroup(工作线程)) 可以有多个线程, 即可以含有多个 NioEventLoop；
5.BossGroup(接收线程) 负责轮训接收accept事件，并且其注册到 Worker 的 NIOEventLoop 上的 Selector，处理该队列任务；
6.WorkerGroup(工作线程) 轮询read, write 事件 处理IO事件 在找到对应的NioScocketChannel 处理；
默认的情况下 BossGroup 和 WorkerGroup 子线程数是：当前cpu核数*2

1.ChannelHandlerContex 保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象；
2. Pipeline 管道 设置 编码与解码 handler 采用双向链表存放

4.1 TaskQueue用法

为了防止 某个Handler 中有个长时间的操作，会造成 Pipeline管道的阻塞 可以使用taskQueue提交任务异步执行。

            try {

                ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;
                byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
                buf.readBytes(req);
                String body = new String(req, "UTF-8");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "服务器端接收到请求，读取到数据 : " + body);

                ctx.channel().eventLoop().execute(() -> {
                    try {
                        Thread.sleep(5000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //异步发送应答消息给客户端: 这里并没有把消息直接写入SocketChannel,而是放入发送缓冲数组中
                    ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer("www.baidu.com".getBytes());
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "服务器端响应数据给客户端");
                    ctx.writeAndFlush(resp);
                });

            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }

ctx.channel().eventLoop().schedule(() -> {} 设置可定时执行

4.2 心跳机制

心跳机制 判断服务器端与客户端存活

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
import io.netty.handler.timeout.IdleStateEvent;
import io.netty.handler.timeout.IdleStateHandler;

import java.net.SocketAddress;


/**
 * 服务端代码
 */
public class HeartBeatServer {


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap()
                .group(bossGroup, workerGroup)
                .channel(NioServerSocketChannel.class)
                .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel ch) {
                        ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
                        pipeline.addLast(new StringEncoder());
                        pipeline.addLast(new StringDecoder());
                        //IdleStateHandler的readerIdleTime参数指定超过3秒还没收到客户端的连接，
                        //会触发IdleStateEvent事件并且交给下一个handler处理，下一个handler必须
                        //实现userEventTriggered方法处理对应事件
                        /**
                         * readerIdleTimeSeconds  读操作空闲3s
                         * writerIdleTimeSeconds  写操作空闲0秒
                         * allIdleTimeSeconds  读写全部 0
                         */
                        pipeline.addLast(new IdleStateHandler(3, 0, 0));
                        pipeline.addLast(new HeartBeatServerHandler());
                    }
                });
        ChannelFuture future = bootstrap.bind(9000).sync();
        System.out.println("netty server start successfully");
        future.channel().closeFuture().sync();
    }
}

class HeartBeatServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<String> {

    private int readIdleTimes = 0;

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) {
        System.out.println("====== > [server] message received: " + msg);
        ctx.channel().writeAndFlush("ok");
    }

    @Override
    public void userEventTriggered(ChannelHandlerContext ctx, Object evt) {
        IdleStateEvent event = (IdleStateEvent) evt;
        String eventType;
        switch (event.state()) {
            case READER_IDLE:
                eventType = "读空闲";
                //读空闲的计数加1
                readIdleTimes++;
                break;
            case WRITER_IDLE:
                eventType = "写空闲";
                // 不处理
                break;
            case ALL_IDLE:
                eventType = "读写空闲";
                // 不处理
                break;
            default:
                throw new IllegalStateException("非法状态！");
        }
        System.out.println(ctx.channel().remoteAddress() + "超时事件：" + eventType);
        if (readIdleTimes > 3) {
            System.out.println("[server]读空闲超过3次，关闭连接，释放更多资源");
            ctx.channel().writeAndFlush("idle close");
            ctx.channel().close();
        }
    }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
        System.out.println("=== " + ctx.channel().remoteAddress() + " is active ===");
    }

    @Override
    public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) {
        Channel channel = ctx.channel();
        SocketAddress address = channel.remoteAddress();
        System.out.println(address + " 下线了");

    }
}

5. Netty核心Api

1.Bootstrap 意思是引导，一个 Netty 应用通常由一个 Bootstrap 开始，主要作用是配置整个 Netty 程序，串联各个组件，Netty 中 Bootstrap 类是客户端程序的启动引导类，ServerBootstrap 是服务端启动引导类
2.常见的方法有
public ServerBootstrap group(EventLoopGroup parentGroup, EventLoopGroup childGroup)，该方法用于服务器端，用来设置两个 EventLoop；
public B group(EventLoopGroup group) ，该方法用于客户端，用来设置一个 EventLoop public B channel(Class<? extends C> channelClass)，该方法用来设置一个服务器端的通道实现；
public B option(ChannelOption option, T value)，用来给 ServerChannel 添加配置；
public ServerBootstrap childOption(ChannelOption childOption, T value)，用来给接收到的通道添加配置；
public ServerBootstrap childHandler(ChannelHandler childHandler)，该方法用来设置业务处理类（自定义的 handler）；
public ChannelFuture bind(int inetPort) ，该方法用于服务器端，用来设置占用的端口号；
public ChannelFuture connect(String inetHost, int inetPort) ，该方法用于客户端，用来连接服务器。

5.1 Future、ChannelFuture

1.Netty 中所有的 IO 操作都是异步的，不能立刻得知消息是否被正确处理。但是可以过一会等它执行完成或者直接注册一个监听，具体的实现就是通过 Future 和 ChannelFutures，他们可以注册一个监听，当操作执行成功或失败时监听会自动触发注册的监听事件
常见的方法有：
2.Channel channel()，返回当前正在进行 IO 操作的通道
ChannelFuture sync()，等待异步操作执行完毕

5.2 Channel

1.Netty 网络通信的组件，能够用于执行网络 I/O 操作；
2.通过Channel 可获得当前网络连接的通道的状态；
3.通过Channel 可获得 网络连接的配置参数 （例如接收缓冲区大小）；
Channel 提供异步的网络 I/O 操作(如建立连接，读写，绑定端口)，异步调用意味着任何 I/O 调用都将立即返回，并且不保证在调 用结束时所请求的 I/O 操作已完成；
调用立即返回一个 ChannelFuture 实例，通过注册监听器到 ChannelFuture 上，可以 I/O 操作成功、失败或取消时回调通知调用方；
4.支持关联 I/O 操作与对应的处理程序 不同协议、不同的阻塞类型的连接都有不同的 Channel 类型与之对应；
5.常用的 Channel 类型:
NioSocketChannel，异步的客户端 TCP Socket 连接；
NioServerSocketChannel，异步的服务器端 TCP Socket 连接；
NioDatagramChannel，异步的 UDP 连接；
NioSctpChannel，异步的客户端 Sctp 连接；
NioSctpServerChannel，异步的 Sctp 服务器端连接，这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO 以及文件 IO。

5.3 Selector

1.Netty 基于 Selector 对象实现 I/O 多路复用，通过 Selector 一个线程可以监听多个连接的 Channel 事件；
2.当向一个 Selector 中注册 Channel 后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询(Select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel。

5.4 ChannelHandler 及其实现类

ChannelHandler 是一个接口，处理 I/O 事件或拦截 I/O 操作，并将其转发到其 ChannelPipeline(业务处理链)中的下一个处理程序。
ChannelHandler 本身并没有提供很多方法，因为这个接口有许多的方法需要实现，方便使用期间，可以继承它的子类

5.5 Pipeline 和 ChannelPipeline

ChannelPipeline 是一个 Handler 的集合，它负责处理和拦截 inbound 或者 outbound 的事件和操作，相当于一个贯穿 Netty 的链。(也可以这样理解：ChannelPipeline 是 保存 ChannelHandler 的 List，用于处理或拦截 Channel 的入站事件和出站操作)
ChannelPipeline 实现了一种高级形式的拦截过滤器模式，使用户可以完全控制事件的处理方式，以及 Channel 中各个的 ChannelHandler 如何相互交互

5.6 ChannelHandlerContex

1.保存 Channel 相关的所有上下文信息，同时关联一个 ChannelHandler 对象；
2.ChannelHandlerContext 中 包 含 一 个 具 体 的 事 件 处 理 器 ChannelHandler ， 同 时ChannelHandlerContext 中也绑定了对应的 pipeline 和 Channel 的信息，方便对 ChannelHandler进行调用.
常用方法 :
1)ChannelFuture close()，关闭通道
2)ChannelOutboundInvoker flush()，刷新
3)ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) ， 将 数 据 写 到 ChannelPipeline 中 当 前
4)ChannelHandler 的下一个 ChannelHandler 开始处理（出站）

5.7 ChannelOption

1.Netty 在创建 Channel 实例后,一般都需要设置 ChannelOption 参数。
2.ChannelOption 参数如下:
ChannelOption.SO_BACKLOG–对应 TCP/IP 协议 listen 函数中的 backlog 参数，用来初始化服务器可连接队列大小。服 务端处理客户端连接请求是顺序处理的，所以同一时间只能处理一个客户端连接。多个客户端来的时候，服务端将不能处理的客户端连接请求放在队列中等待处理，backlog 参数指定了队列的大小;
ChannelOption.SO_KEEPALIVE–一直保持连接活动状态.