Reactor模型

想象以下情形:长途客车在路途上,有人上车有人下车,但是乘客总是希望能够在客车上得到休息。
传统的做法是:每隔一段时间(或每一个站),司机或售票员对每一个乘客询问是否下车。
Reactor模式做法是:汽车是乘客访问的主体(Reactor),乘客上车后,到售票员(acceptor)处登记,之后乘客便可以休息睡觉去了,当到达乘客所要到达的目的地后,售票员将其唤醒即可。

概念

Reactor模式是基于事件驱动的分发处理模型
有一个或多个并发输入源,有一个Service Handler,有多个Request Handlers
这个Service Handler会同步的将输入的请求(Event)多路复用的分发给相应的Request Handler。如果用图来表达:

思想:分而治之+事件驱动

1)分而治之
一个连接里完整的网络处理过程一般分为accept、read、decode、process、encode、send这几步。
Reactor模式将每个步骤映射为一个Task,服务端线程执行的最小逻辑单元不再是一次完整的网络请求,而是Task,且采用非阻塞方式执行。

2)事件驱动
每个Task对应特定网络事件。当Task准备就绪时,Reactor收到对应的网络事件通知,并将Task分发给绑定了对应网络事件的Handler执行。

3)几个角色
reactor:负责绑定管理事件和处理接口;
selector:负责监听响应事件,将事件分发给绑定了该事件的Handler处理;
Handler:事件处理器,绑定了某类事件,负责执行对应事件的Task对事件进行处理;
Acceptor:Handler的一种,绑定了connect事件。当客户端发起connect请求时,Reactor会将accept事件分发给Acceptor处理。

Reactor模式结构

  • Handle 句柄;用来标识socket连接或是打开文件;
  • Synchronous Event Demultiplexer:同步事件多路分解器:由操作系统内核实现的一个函数;用于阻塞等待发生在句柄集合上的一个或多个事件;(如select/epoll;)
  • Event Handler:事件处理接口
  • Concrete Event HandlerA:实现应用程序所提供的特定事件处理逻辑;
  • Reactor:反应器,定义一个接口,实现以下功能:
    1)供应用程序注册和删除关注的事件句柄;
    2)运行事件循环;
    3)有就绪事件到来时,分发事件到之前注册的回调函数上处理;

“反应”即“倒置”,“控制逆转”

流程

举例

登录——Accept新链接

新连接Read和Write过程

实现

单线程Reactor


1)优点:
不需要做并发控制,代码实现简单清晰。

2)缺点:

a)不能利用多核CPU;
b)一个线程需要执行处理所有的accept、read、decode、process、encode、send事件,处理成百上千的链路时性能上无法支撑;
c)一旦reactor线程意外跑飞或者进入死循环,会导致整个系统通信模块不可用。

多线程Reactor

特点:

a)有专门一个reactor线程用于监听服务端ServerSocketChannel,接收客户端的TCP连接请求;
b)网络IO的读/写操作等由一个worker reactor线程池负责,由线程池中的NIO线程负责监听SocketChannel事件,进行消息的读取、解码、编码和发送。
c)一个NIO线程可以同时处理N条链路,但是一个链路只注册在一个NIO线程上处理,防止发生并发操作问题。

主从多线程


在绝大多数场景下,Reactor多线程模型都可以满足性能需求;但是在极个别特殊场景中,一个NIO线程负责监听和处理所有的客户端连接可能会存在性能问题。

特点:

a)服务端用于接收客户端连接的不再是个1个单独的reactor线程,而是一个boss reactor线程池;

b)服务端启用多个ServerSocketChannel监听不同端口时,每个ServerSocketChannel的监听工作可以由线程池中的一个NIO线程完成。

Ref:
【原论文】http://www.dre.vanderbilt.edu/~schmidt/PDF/reactor-siemens.pdf
http://www.voidcn.com/article/p-onnrusud-mz.html

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