Netty学习之EventLoop&Threading Model

前言

在前面我们学习了Netty的众多组件，如ByteBuf、Channel、ChannelHandler、ChannelPipeline等，这些组件组合起来具有神奇的魔力，而EventLoop则是赋予它们魔力的源泉，EventLoop是Netty的线程模型，也是Netty的心脏，本小节我们就来学习EventLoop相关的内容。

EventLoop

事件循环Event Loop：在连接的生命周期中，通过运行任务来处理事件(其实就是循环扫描事件列表，然后根据出现的事件来进行处理，单词Event Loop)，EventLoop的基本原理如下

while(!terminated) {
    // 等待事件的到来
    List<Runnable> readyEvents = blockUtilEventsReady();
    // 如果有事件，则进行处理
    for(Runnable ev: readyEvents) {
        ev.run();
    }
}

在Netty的模型中，一个EventLoop对应一个线程，然后任务能够直接提交到EventLoop的实现去直接或者参与调度，根据CPU核的数量，可能同时有多个EventLoop创建出来用于提高性能的资源利用率，单一的一个EventLoop能够服务多个Channels

这里需要注意的是，一个Channel只会跟一个EventLoop绑定，但是一个EventLoop可以服务于多个Channels，所以并不是一对一的关系，这也是Netty能够减少线程使用数量，从而提高资源利用率的原因之一。

Netty中的EventLoop继承于ScheduledExecutorService，并且定义了一个parent()方法，通过该方法可以获得当前EventLoop实现实例所归属的EventLoopGroup实例

Netty中的任务以及事件是以FIFO的顺序执行，这样可以保证数据流能够以正确的顺序进行处理。

一个Event的类型通常决定了其会被如何处理，如传输数据到用户层、处理数据等，为了使得事件处理逻辑更通用以及灵活，Netty4中所有的I/O操作以及事件被EventLoop所属的线程处理，其具体实现是判断当前触发I/O操作的线程是否是当前channel所对应的EventLoop所对应的线程，如果是的话，则执行该任务，如果不是的话，则将其放入对应的队列中，等待稍后对应的线程来执行，从而保证了一个channel中的事件都是由同一个线程来处理，减少了同步锁所带来的开销，这也是前面提到的，Channel是线程安全的，可以被其他线程所操作的原因，EventLoop执行逻辑如下图所示(图片来自《Netty in action》，下同)。

EventLoop执行逻辑

任务调度

在JDK中，可以通过单线程的Timer类以及线程池对象ScheduledExecutorService来执行，但该方式在负载比较重的情况下，会出现性能问题，额外的线程用于维护线程池，当多个线程同时调度时，会出现瓶颈。

在Netty中，通过使用EventLoop来实现调度功能

Channel ch = ...;

ScheduledFuture<?> future = ch.eventLoop().schedule(
    new Runnable() {
        // ops
    }, 60, TimeUnit.SECONDS);

EventLoop分配

EventLoop从EventLoopGroup中申请，EventLoopGroup可以理解为EventLoop的容器(类似于线程跟线程池的关系)，可以根据需要从EventLoopGroup获取EventLoop(及其绑定的线程)。

异步的实现使用少量的EventLoops，并且可能在多个Channel中共享，这种方式允许少量的线程来服务多个Channel，而不是每个Channel分配一个线程，一旦一个Channel被赋予一个EventLoop，在其生命周期中就只会使用该EventLoop及其绑定的线程，所以在同一个Channel中，不需要过多担心线程安全问题(只有一个线程嘛)。

EventLoopGroup、EventLoop、Channel之间的关系如下图所示(非阻塞模式，即NIO、AIO)

NIO、AIO中EventLoop模型

阻塞实现，对于传统的OIO，由于会发生阻塞，所以不能复用EventLoop(一个EventLoop对应一个线程)，Netty采用的是每个EventLoop对应一个Channel

OIO中EventLoop模型

总结

本小节我们学习了Netty的EventLoop及相关内容，包括EventLoop与线程、Channel的关系，EventLoop与EventLoopGroup的关系等，由于Netty中的Channel与唯一的EventLoop绑定，而EventLoop与唯一的线程绑定，所以，在使用的时候需要注意，不能在一个EventLoop中执行阻塞操作，否则会影响其他Channel的处理，与此同时，由于EventLoop的设计，Channel是线程安全的，可以在多线程环境中使用。