Netty框架的主要執行緒就是IO執行緒，執行緒模型設計的好壞，決定了系統的吞吐量、併發性和安全性等架構質量屬性。而討論netty的執行緒模型時，則首先想到經典的Reactor執行緒模型，儘管不同的NIO框架對於Reactor模式的實現存在差異，但本質上還是遵循了Reactor的基礎執行緒模型。

一、Reactor單執行緒模型

Reactor單執行緒模型，是指所有的IO操作都在同一個NIO執行緒上面完成。NIO執行緒的職責如下：
(1)作為NIO服務端，接收客戶端的TCP連線；
(2)作為NIO客戶端，向服務端發起TCP連線；
(3)讀取通訊對端的請求或者應答訊息；
(4)向通訊對端傳送訊息請求或者應答訊息。

在一些小容量應用場景下，可以使用單執行緒模型。但是這對於高負載、大併發的應用場景卻不合適，主要原因如下：
(1)一個NIO執行緒同時處理成百上千的鏈路，效能上無法支撐，即便NIO執行緒的CPU負荷達到了100%，也無法滿足海量訊息的編碼和解碼、讀取和傳送；
(2)當NIO執行緒下執行緒負載過重之後，處理速度將變慢，這會導致大量客戶端連線超時，超時之後往往會進行重發，這更加重了NIO執行緒的負載，最終會導致大量訊息積壓和處理超時，成為系統的效能瓶頸。
(3)可靠性問題：一旦NIO執行緒意外跑飛，或者進入死迴圈，會導致整個系統通訊模組不可用，不能接收和處理外部訊息，造成節點故障。

二、Reactor多執行緒模型

Reactor多執行緒模型與單執行緒模型最大的區別就是有一組NIO執行緒來處理IO操作，原理如下：

Reactor多執行緒模型的特點如下：
(1)有專門一個NIO執行緒—-Acceptor執行緒用於監聽服務端，接收客戶端的TCP連線請求
(2)網路IO操作—-讀、寫等由一個NIO執行緒池負責，執行緒池可以採用標準的JDK執行緒池實現，它包含一個任務佇列和N個可用的執行緒，由這些NIO執行緒負責訊息的讀取、解碼、編碼和傳送。
(3)一個NIO執行緒可以同時處理N條鏈路，但是一個鏈路只對應一個NIO執行緒，防止發生併發操作等問題。

在絕大多數場景下，Reactor多執行緒模型可以滿足效能需求，但是，在個別特殊場景中，一個NIO執行緒負責監聽和處理所有的客戶端連線可能會存在效能問題。例如併發百萬客戶端連線，或者服務端需要對客戶端握手進行安全認證，但是認證本身非常損耗效能。在這類場景下，單獨一個Acceptor執行緒可能會存在效能不足的問題，為了解決效能問題，產生了第三種Reactor執行緒模型—-主從Reactor多執行緒模型。

三、主從Reactor模型

主從Reactor執行緒模型的特點是：服務端用於接收客戶端連線的不再是一個單獨的NIO執行緒，而是一個獨立的NIO執行緒池。Acceptor接收到客戶端TCP連線請求並處理完成後(可能包含接入認證等)，將新建立的SocketChannel註冊到IO執行緒池(sub reactor執行緒池)的某個IO執行緒上，由它負責SocketChannel的讀寫和編解碼工作。Acceptor執行緒池僅僅用於客戶端的登陸、握手和安全認證，一旦鏈路建立成功，就將鏈路註冊到後端subReactor執行緒池的IO執行緒上，由IO執行緒負責後續的IO操作。

利用主從NIO執行緒模型，可以解決一個服務端監聽執行緒無法有效處理所有客戶端連線的效能不足問題。因此，在Netty的官方demo中，推薦使用該執行緒模型。

四、Netty的執行緒模型

Netty的執行緒模型並不是一成不變的，它實際取決於使用者的啟動引數配置。通過設定不同的啟動引數，Netty可以同時支援Reactor但單執行緒模型、多執行緒模型和主從Reactor多執行緒模型。

 // 配置服務端的NIO執行緒組
            EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
            EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
            try {
                ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();

                // 設定執行緒組及Socket引數
                b.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class)
                        .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
                        .childHandler(new ChildChannelHandler());

服務端啟動的時候，建立了兩個NioEventLoopGroup。它們實際是兩個獨立的Reactor執行緒池。一個用於接收客戶端的TCP連線，另一個用於處理IO相關的讀寫操作，或者執行系統Task、定時任務等。

Netty用於接收客戶端請求的執行緒池職責如下：
(1)接收客戶端TCP連線，初始化Channel引數；
(2)將鏈路狀態變更事件通知給ChannelPipeline。
Netty處理IO操作的Reactor執行緒池職責如下：
(1)非同步讀取通訊對端的資料報，傳送讀事件到ChannalPipeline；
(2)非同步傳送訊息到通訊對端，呼叫ChannelPipeline的訊息傳送介面；
(3)執行系統呼叫task；
(4)執行定時任務Task，例如鏈路空閒狀態監測定時任務。

通過調整執行緒池的執行緒個數、是否共享執行緒池等方式，Netty的Reactor模型可以在上述模型中靈活轉換。

為了儘可能的提升效能，Netty在很多地方進行了無鎖化設計，例如在IO執行緒內部進行序列操作，避免多執行緒競爭導致的效能下降問題。表面上看，序列化設計似乎CPU利用率不高，併發程度不夠，但是，通過調整NIO執行緒池的執行緒引數，可以同時啟動多個序列化的執行緒並行執行，這種區域性無鎖化的序列執行緒設計相比一個佇列---多個工作執行緒的模型效能更優。

設計原理如下：

Netty的NioEventLoop讀取到訊息之後，直接呼叫ChannelPipeline的fireChannelRead(Object msg)。只要使用者不主動切換執行緒，一直都是由NioEventLoopLoop呼叫使用者的Handler，期間不進行執行緒切換。這種序列處理方式避免了多執行緒操作導致的鎖的競爭，從效能角度看是最優的。