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1 Reactor模型

  Reactor模式是处理并发I/O比较常见的一种模式,用于同步I/O,中心思想是将所有要处理的I/O事件注册到一个中心I/O多路复用器上,同时主线程/进程阻塞在多路复用器上;一旦有I/O事件到来或是准备就绪(文件描述符或socket可读、写),多路复用器返回并将事先注册的相应I/O事件分发到对应的处理器中。

  Reactor是一种事件驱动机制,和普通函数调用的不同之处在于:应用程序不是主动的调用某个API完成处理,而是恰恰相反,Reactor逆置了事件处理流程,应用程序需要提供相应的接口并注册到Reactor上,如果相应的事件发生,Reactor将主动调用应用程序注册的接口,这些接口又称为“回调函数”。用“好莱坞原则”来形容Reactor再合适不过了:不要打电话给我们,我们会打电话通知你。

Reactor模式与Observer模式在某些方面极为相似:当一个主体发生改变时,所有依属体都得到通知。不过,观察者模式与单个事件源关联,而反应器模式则与多个事件源关联 。

Reactor模型各模块之间的关系如下图所示

  • Handle(描述符): 即操作系统中的句柄fd,是对资源在操作系统层面上的一种抽象,它可以是打开的文件、一个连接(Socket)、Timer等。将这个句柄fd注册到Synchronous Event Demultiplexer中,以监听Handle上发生的事件,可以是CONNECT事件,也可以是READ、WRITE、CLOSE事件等。
  • Synchronous Event Demultiplexer(同步事件多路分离器):  阻塞等待被监听的事件集fd_set中的事件发生。等待事件一般使用I/O复用技术实现,在linux系统上一般是select、poll、epol_waitl等系统调用,用来等待一个或多个事件的发生。I/O框架库一般将各种I/O复用系统调用封装成统一的接口,称为事件多路分离器。调用者会被阻塞,直到分离器的描述符集上有事件发生。
  • Initiation Dispatcher(启动调度器):用于管理Event Handler,负责注册、移除EventHandler等,如将EventHandler(事件处理器)注册为响应fd对应事件的回调函数;另外,它还作为Reactor模式的入口,调用Synchronous Event Demultiplexer的select方法阻塞等待事件的发生;当阻塞等待返回时,根据事件发生的Handle将其分发给对应的Event Handler处理,即回调EventHandler中的handle_event()方法。
  • Event Handler(事件处理器):I/O框架库提供的事件处理器通常是由一个或多个模板函数组成的接口。这些模板函数描述了和应用程序相关的对某个事件的操作,用户需要继承它来实现自己的事件处理器,即具体事件处理器。因此,事件处理器中的回调函数一般声明为虚函数,以支持用户拓展。
  • Concrete Event Handler(具体的事件处理器):是事件处理器接口的实现。它实现了应用程序提供的某个服务。每个具体的事件处理器总和一个描述符相关。它使用描述符来识别事件、识别应用程序提供的服务。

2 Reactor的几种模式

在web服务中,很多都涉及基本的操作:read request、decode request、process service、encod reply、send reply等。

(1) 单线程模式

这是最简单的单Reactor单线程模型。Reactor线程是个多面手,负责多路分离套接字,Accept新连接,并分派请求到处理器链中。该模型适用于处理器链中业务处理组件能快速完成的场景。不过这种单线程模型不能充分利用多核资源,所以实际使用的不多。

(2) 多线程模式(单Reactor)
该模型在事件处理器(Handler)链部分采用了多线程(线程池),也是后端程序常用的模型。

(3) 多线程模式(多个Reactor)
比起第二种模型,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。

参考:

Reactor - An Object Behavioral Pattern for Demultiplexing and Dispatching Handles for Synchronous Events

Scalable IO in Java

两种高效的服务器设计模型:Reactor和Proactor模型

Reactor模式详解

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