彻底搞懂 netty 线程模型 (2)

Netty 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 ChannelHandler,期间不进行线程切换。这种串行化处理方式避免了多线程操作导致的锁的竞争,从性能角度看是最优的。

Netty拥有两个NIO线程池,分别是bossGroup和workerGroup,前者处理新建连接请求,然后将新建立的连接轮询交给workerGroup中的其中一个NioEventLoop来处理,后续该连接上的读写操作都是由同一个NioEventLoop来处理。注意,虽然bossGroup也能指定多个NioEventLoop(一个NioEventLoop对应一个线程),但是默认情况下只会有一个线程,因为一般情况下应用程序只会使用一个对外监听端口。

这里试想一下,难道不能使用多线程来监听同一个对外端口么,即多线程epoll_wait到同一个epoll实例上?

epoll相关的主要两个方法是epoll_wait和epoll_ctl,多线程同时操作同一个epoll实例,那么首先需要确认epoll相关方法是否线程安全:简单来说,epoll是通过锁来保证线程安全的, epoll中粒度最小的自旋锁ep->lock(spinlock)用来保护就绪的队列, 互斥锁ep->mtx用来保护epoll的重要数据结构红黑树

看到这里,可能有的小伙伴想到了Nginx多进程针对监听端口的处理策略,Nginx是通过accept_mutex机制来保证的。accept_mutex是nginx的(新建连接)负载均衡锁,让多个worker进程轮流处理与client的新连接。当某个worker进程的连接数达到worker_connections配置(单个worker进程的最大处理连接数)的最大连接数的7/8时,会大大减小获取该worker获取accept锁的概率,以此实现各worker进程间的连接数的负载均衡。accept锁默认打开,关闭它时nginx处理新建连接耗时会更短,但是worker进程之间可能连接不均衡,并且存在“惊群”问题。只有在使能accept_mutex并且当前系统不支持原子锁时,才会用文件实现accept锁。注意,accept_mutex加锁失败时不会阻塞当前线程,类似tryLock。

现代linux中,多个socker同时监听同一个端口也是可行的,nginx 1.9.1也支持这一行为。linux 3.9以上内核支持SO_REUSEPORT选项,允许多个socker bind/listen在同一端口上。这样,多个进程可以各自申请socker监听同一端口,当连接事件来临时,内核做负载均衡,唤醒监听的其中一个进程来处理,reuseport机制有效的解决了epoll惊群问题。

再回到刚才提出的问题,java中多线程来监听同一个对外端口,epoll方法是线程安全的,这样就可以使用使用多线程监听epoll_wait了么,当然是不建议这样干的,除了epoll的惊群问题之外,还有一个就是,一般开发中我们使用epoll设置的是LT模式(水平触发方式,与之相对的是ET默认,前者只要连接事件未被处理就会在epoll_wait时始终触发,后者只会在真正有事件来时在epoll_wait触发一次),这样的话,多线程epoll_wait时就会导致第一个线程epoll_wait之后还未处理完毕已发生的事件时,第二个线程也会epoll_wait返回,显然这不是我们想要的,关于java nio的测试demo如下:

public class NioDemo { private static AtomicBoolean flag = new AtomicBoolean(true); public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080)); // non-block io serverChannel.configureBlocking(false); Selector selector = Selector.open(); serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 多线程执行 Runnable task = () -> { try { while (true) { if (selector.select(0) == 0) { System.out.println("selector.select loop... " + Thread.currentThread().getName()); Thread.sleep(1); continue; } if (flag.compareAndSet(true, false)) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " over"); return; } Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator(); while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); // accept event if (key.isAcceptable()) { handlerAccept(selector, key); } // socket event if (key.isReadable()) { handlerRead(key); } /** * Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例,必须在处理完通道时手动移除。 * 下次该通道变成就绪时,Selector会再次将其放入已选择键集中。 */ iter.remove(); } } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }; List<Thread> threadList = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 2; i++) { Thread thread = new Thread(task); threadList.add(thread); thread.start(); } for (Thread thread : threadList) { thread.join(); } System.out.println("main end"); } static void handlerAccept(Selector selector, SelectionKey key) throws Exception { System.out.println("coming a new client... " + Thread.currentThread().getName()); Thread.sleep(10000); SocketChannel channel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept(); channel.configureBlocking(false); channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024)); } static void handlerRead(SelectionKey key) throws Exception { SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment(); buffer.clear(); int num = channel.read(buffer); if (num <= 0) { // error or fin System.out.println("close " + channel.getRemoteAddress()); channel.close(); } else { buffer.flip(); String recv = Charset.forName("UTF-8").newDecoder().decode(buffer).toString(); System.out.println("recv: " + recv); buffer = ByteBuffer.wrap(("server: " + recv).getBytes()); channel.write(buffer); } } } netty线程模型实践

(1) 时间可控的简单业务直接在 I/O 线程上处理

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