基于IO多路复用的Reactor模式

综述

react vi.反应,影响; reactor n.反应器;reactor是网络编程中的一种设计模式。使用reactor模式可以实现高性能的IO,Netty和Redis的IO模式就是实现了reactor模式来实现高性能并发的。同时reactor模式也是23种设计模式的一种。
网络编程模型经历了从单线程->多线程->线程池->reactor模式,单线程到多线程是要依赖于底层多个CPU的硬件技术发展的支持,线程池则减少了多线程中的线程不断的创建和销毁所消耗的资源,reactor模式则是把处理socket的粒度做了细分,来解决高性能的并发请求。


// 单线程模式,无法并发,如果当前的请求没有处理完,那么后面的请求只能被阻塞,服务器的吞吐量太低。
while(true){
    socket = accept();
    handle(socket);
}

// 多线程模式,connection per thread,每一个连接用一个线程处理。
while(true){
    socket = accept();
    new Thread(socket);
}

// 线程池模式,减少了线程的反复创建和销毁,但本质上一个线程还是要完整的处理连接、读取、写入
while(true){
    socket = accept();
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    executorService.execute(new Thread(socket));
}

// reactor模式(基于IO多路复用的技术)
1. java nio的select函数,可以同时监听多个套接字socket。每个socket都会关联连接event、读取event、回写event。
2. 把一个线程拆分成更小的粒度:建立连接的handler、读取数据的handler、回写数据的hander。handler处理完event就丢给下一个handler处理,自己又可以去服务socket,提高了复用率,提高了系统的吞吐量。

基本上所有的网络处理程序都有以下基本的处理过程: Read request->Decode request->Process service->Encode reply->Send reply。

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在单核机器上,多线程并不一定能提高系统性能,除非有一些阻塞情况发生,否则线程上下文切换的开销会使处理速度变慢。举个生动的例子,一个人削苹果和切西瓜(一件一件的做)。一个人削苹果和烧一壶开水(一边烧水一边把苹果削了);

餐厅点餐来理解reactor模式

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上面这个图,是多线程方式。每个顾客都有自己的服务团队(线程),在人少的情况下是可以良好的运作的。可以发现其实服务员并不是一直在干活的,大部分时间他们只是站在餐桌旁边等客人点菜。于是老板就对服务员说,客人点菜的时候你们就别傻站着了,先去服务其它客人,有客人点好的时候喊你们再过去。

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老板发现根本不需要那么多的服务员,于是裁了一波员,最终甚至可以只有一个服务员。这就是 Reactor 模式的核心思想:减少等待。当遇到需要等待 IO 时,先释放资源,而在 IO 完成时,再通过事件驱动 (event driven) 的方式,继续接下来的处理。从整体上减少了资源的消耗。

三种reactor线程模型

无论是C++还是Java编写的网络框架,大多数都是基于Reactor模式进行设计和开发,Reactor模式基于事件驱动,特别适合处理海量的I/O事件。Reactor三种线程模型:单线程模型、多线程模型、主从线程模型。

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代码参考

参考

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