大家好，我是大明哥，我又來了。

為什么是 Reactor

一般所有的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，一般分為如下幾個(gè)步驟：

• 讀請(qǐng)求（read request）

• 讀解析（read decode）

• 處理程序（process service）

• 應(yīng)答編碼 （encode reply）

• 發(fā)送應(yīng)答（send reply）

接下來，大明哥就來分析解決這個(gè)問題的最佳實(shí)踐。

單線程模式

對(duì)于很多小伙伴來說，最簡(jiǎn)單，最傳統(tǒng)的方式就是一個(gè)方法來處理所有的請(qǐng)求，這種實(shí)現(xiàn)方式最簡(jiǎn)單，也是最保險(xiǎn)的方式。

這種方式實(shí)現(xiàn)起來雖然簡(jiǎn)單，但是性能不行，如果其中有一個(gè)請(qǐng)求因?yàn)槟撤N原因阻塞了，則他后面的所有請(qǐng)求都會(huì)阻塞在那里，同時(shí)他也沒法利用多 CPU 的性能，性能嚴(yán)重不足。

多線程模式

單線程的性能肯定不行，那就調(diào)整為多線程方式。

每來一個(gè)請(qǐng)求就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程來處理，這種方式雖然不會(huì)像 單線程模式 一樣，一個(gè)線程會(huì)阻塞所有的請(qǐng)求，但是他依然很大的問題：

• 當(dāng)客戶端多，并發(fā)大的時(shí)候，需要?jiǎng)?chuàng)建大量線程來處理，線程的創(chuàng)建和銷毀也很消耗資源，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的的資源占用較大

• 同樣無法應(yīng)對(duì)高性能和高并發(fā)

線程池模式

既然多線程模式需要?jiǎng)?chuàng)建這么多線程，那么我們控制創(chuàng)建線程的個(gè)數(shù)，采用資源復(fù)用 線程池 的方式，也就是我們不需要再為每一個(gè)連接創(chuàng)建一個(gè)線程，而是創(chuàng)建一個(gè)線程池，將連接分配給線程，然后一個(gè)線程可以處理多個(gè)鏈接。

這種線程池的方式雖然解決了系統(tǒng)資源占用的問題，但是他依然帶了了一個(gè)新的問題，每一個(gè)線程如何高效地處理請(qǐng)求呢？在上篇文章中 【死磕NIO】— 阻塞IO，非阻塞IO，IO復(fù)用，信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO，異步IO，這你真的分的清楚嗎？我們提到過在單個(gè)線程中如果當(dāng)前連接在進(jìn)行read操作時(shí)，如果沒有數(shù)據(jù)可讀，則會(huì)發(fā)生阻塞，那么線程就沒有辦法繼續(xù)處理其他連接的業(yè)務(wù)了。那么怎么解決？將 read 操作改為非阻塞的方式，既然改為了非阻塞方式，那線程如何知道read 操作有數(shù)據(jù)可讀了呢？

• 第一種方式，則是不斷的去輪詢，但是輪詢要消耗 CPU的，而且隨著輪詢的線程多了，輪詢的效率會(huì)越來越低

• 第二種方式，事件驅(qū)動(dòng)。當(dāng)線程關(guān)心的事件發(fā)生了，比如read 有數(shù)據(jù)可讀了，則通知相對(duì)應(yīng)的線程進(jìn)行處理

Reactor 模式

第二種方式就是 I/O多路復(fù)用。I/O多路復(fù)用就是通過一種機(jī)制，一個(gè)線程可以監(jiān)視多個(gè)描述符，一旦某個(gè)描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒），能夠通知線程進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作。目前支持 IO多路復(fù)用技術(shù)有：

• Linux：select、poll、epoll

• MAC：kqueue

• Windows：select

監(jiān)聽線程幫助我們監(jiān)聽哪些線程的事件已發(fā)生，發(fā)生后則通知相對(duì)應(yīng)的線程進(jìn)行處理，這樣就可以避免進(jìn)行很多無用的操作。對(duì)處理線程而言，整個(gè)處理過程只有調(diào)用 select、poll、epoll 的時(shí)候才會(huì)阻塞，其他時(shí)段，他可以處理其他的事情，這樣整個(gè)線程會(huì)被充分利用起來，這樣就高效很多了。

什么是 Reactor模式

上面講了 Reactor 模式的演變，那什么是 Reactor 模式呢？

wiki上是這樣定義的：

?

Reactor 模式也叫做反應(yīng)器設(shè)計(jì)模式，它是一種為處理服務(wù)請(qǐng)求并發(fā)提交到一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)處理程序的事件設(shè)計(jì)模式。當(dāng)請(qǐng)求抵達(dá)后，服務(wù)處理程序使用解多路分配策略，然后同步地派發(fā)這些請(qǐng)求至相關(guān)的請(qǐng)求處理程序。

”

簡(jiǎn)要概括就是：**將消息放到了一個(gè)隊(duì)列中，通過異步線程池對(duì)其進(jìn)行消費(fèi)。**暫時(shí)理解成下面這個(gè)樣子：

對(duì)于Reactor模式來說，他并沒隊(duì)列，每當(dāng)有一個(gè) Event 輸入到 Server端時(shí)，Service Handler 會(huì)將其轉(zhuǎn)發(fā)（dispatch）相對(duì)應(yīng)的handler進(jìn)行處理。

Reactor的組件主要包括三個(gè)：

• Reactor：派發(fā)器，將 client端的事件分發(fā)給相對(duì)應(yīng)的Handler

• Acceptor：請(qǐng)求連接器，Reactor 接收到 client 連接事件后，會(huì)將其轉(zhuǎn)發(fā)給 Acceptor，Acceptor 則會(huì)接受 Client 的連接，建立對(duì)應(yīng)的Handler，并向 Reactor注冊(cè)此Handler

• Handler：請(qǐng)求處理器，負(fù)責(zé)事件的處理。

模型大致如下圖：

Reactor 模式

Reactor 模型中的Reactor可以是多個(gè)也可以是單個(gè)，Handler同樣可以是單線程也可以是多線程，所以組合的模式大致有如下四種：

• 單Reactor單線程/進(jìn)程

• 單Reactor多線程/進(jìn)程

• 多Reactor單線程/進(jìn)程

• 多Reactor多線程/進(jìn)程

其中第三種多Reactor單線程并沒有什么實(shí)際的意思，所以大明哥重點(diǎn)介紹第一、二、四種。

單Reactor單線程/進(jìn)程

• Reactor 線程通過 select （IO多路復(fù)用接口）監(jiān)聽事件，收到事件后通過Dispatch 來分發(fā)事件，事件會(huì)分發(fā)給Acceptor和Handler 兩個(gè)組件，具體是哪個(gè)組件要看事件的類型。

• 如果事件類型為建立連接，則將事件分發(fā)給Acceptor，Acceptor會(huì)通過 accept 方法 獲取連接，并創(chuàng)建一個(gè) Handler 對(duì)象來處理后續(xù)的響應(yīng)事件。

• 如果時(shí)間類型不是建立連接，則將該事件交由當(dāng)前連接的Handler來處理。

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：該模型是將所有處理邏輯放在一個(gè)線程中實(shí)現(xiàn)，模型簡(jiǎn)單，沒有多線程、進(jìn)程通信、競(jìng)爭(zhēng)的問題

• 缺點(diǎn)

• 由于只有一個(gè)線程，無法充分利用CPU，性能堪憂。同時(shí)Handler 在處理某個(gè)連接上的業(yè)務(wù)時(shí)，整個(gè)進(jìn)程無法處理其他連接事件，很容易導(dǎo)致性能瓶頸。

• 還有一個(gè)比較嚴(yán)重的可靠性問題，如果線程意外終止，或者進(jìn)入死循環(huán)，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)線程都無法接受和處理事件了，造成節(jié)點(diǎn)故障。

單Reactor多線程/進(jìn)程

單線程存在性能瓶頸，那我們就引入多線程方案。

Reactor 接受請(qǐng)求后，根據(jù)請(qǐng)求類型來進(jìn)行分發(fā)，分發(fā)邏輯與 單Reactor單線程 模型一樣，不同之處在于Handler不在進(jìn)行業(yè)務(wù)處理了，它只負(fù)責(zé)接受和發(fā)送，Handler接受數(shù)據(jù)后，會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給 Worker 線程池中的線程處理，該線程才是處理業(yè)務(wù)的真正線程，線程將業(yè)務(wù)處理完成后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給Handler，然后Handler 再send出去。

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：由于Handler使用了多線程模式，則可以利用充分利用CPU的性能

• 缺點(diǎn)：

• Handler使用多線程模式，則會(huì)涉及到數(shù)據(jù)共享的問題，需要考慮互斥，實(shí)現(xiàn)肯定比 單Reactor單線程模式復(fù)雜一些

• 單Reactor，一個(gè)線程處理事件監(jiān)聽、分發(fā)、響應(yīng)，對(duì)于高并發(fā)場(chǎng)景，容易造成性能瓶頸

多Reactor多線程/進(jìn)程

單Reactor多線程模式解決了Handler單線程的性能問題，但是Reactor還是單線程的，對(duì)于高并發(fā)場(chǎng)景還是會(huì)有性能瓶頸，所以需要對(duì)Reactor調(diào)整為 多線程模式。

• 主線程中的MainReactor對(duì)象通過select監(jiān)聽事件，接收到事件后通過Dispatch進(jìn)行分發(fā)，如果事件類型為建立連接則將事件分發(fā)給Acceptor 進(jìn)行連接建立

• 如果收到的事件不是連接，則他將事件分發(fā)個(gè)某個(gè)SubReactor，SubrReactor 將連接加入到連接隊(duì)列進(jìn)行監(jiān)聽,并創(chuàng)建Handler進(jìn)行各種事件處理

• 如果有新的事件發(fā)生，SubReactor 則會(huì)調(diào)用當(dāng)前連接的Handler來進(jìn)行處理。Handler 通過read 讀取數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給Worker線程進(jìn)行處理，Worker線程池則會(huì)分配線程進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，處理完成后返回結(jié)果，Handler接受結(jié)果后，通過send發(fā)送給客戶端

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：該模式主線程和子線程分工明確，主線程只負(fù)責(zé)接收新連接，子線程負(fù)責(zé)完成后續(xù)的業(yè)務(wù)處理，同時(shí)主線程和子線程的交互也很簡(jiǎn)單，子線程接收主線程的連接后，只管業(yè)務(wù)處理即可，無須關(guān)注主線程

• 缺點(diǎn)：模型復(fù)雜

這種模式適用于高并發(fā)場(chǎng)景，廣泛運(yùn)用于各種項(xiàng)目中，如大名鼎鼎的Netty。

Reactor 優(yōu)缺點(diǎn)

Reactor模式有如下優(yōu)點(diǎn)：

• 響應(yīng)快，不必為單個(gè)同步時(shí)間所阻塞

• 可以最大程度的避免復(fù)雜的多線程及同步問題，并且避免了多線程/進(jìn)程的切換開銷

• 擴(kuò)展性好，可以方便的通過增加 Reactor 實(shí)例個(gè)數(shù)來充分利用 CPU 資源

• 復(fù)用性好，Reactor 模型本身與具體事件處理邏輯無關(guān)，具有很高的復(fù)用性

雖然Reactor有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于他的IO讀寫數(shù)據(jù)時(shí)還是在同一個(gè)線程中實(shí)現(xiàn)的，如果當(dāng)前線程出現(xiàn)了一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的IO數(shù)據(jù)讀寫，則會(huì)影響其他的client。那怎么解決呢？請(qǐng)靜候下一篇文章。

參考資料

• https://blog.csdn.net/qq_34827674/article/details/116175772

• https://blog.csdn.net/syc001/article/details/72841945