reactor模式与java nio

Posted 2020-09-22 cynchanpin

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Reactor是由Schmidt, Douglas C提出的一种模式，在高并发server实现中广泛採用。

改模式採用事件驱动方式，当事件出现时，后调用对应的事件处理代码(Event Handler)。

这个模式是高并发server的基础。如nginx和lighttpd。

这两种对大并发，但每一个请求处理都非常快的场景非常适合。

通常的web訪问就是这个特点。

结构

包含了5个部分，当中handle和Synchronous Event Demultiplexer有OS实现。

Handles：

就是网络连接(connection)，每一个网络连接都由一个handle表示。

Event(事件)

ACCEPT_EVENT：表示收到连接请求

READ_EVENT：表示收到数据

WRITE_EVENT：表示socket能够足够的缓冲区，能够向其写入数据。

TIMEOUT_EVENT：超时。

Java NIO不支持这个事件。

SIGNAL_EVENT：信号。

Java NIO不支持这个事件。

CLOSE_EVENT：该socket被关闭。Java NIO不支持这个事件。

Event Handler

事件处理代码，该对象实例(instance)是和handle关联的。

每一个Event Handler处理一个handle上的事件。一般的server中至少有两种事件处理代码：一个是用来接收连接请求（accept event handler），响应ACCEPT_EVENT。。一个用来处理接受的请求(connection event handler)，响应READ_EVENT和WRITE_EVENT。

Synchronous Event Demultiplexer(事件多路分离系统)

该模式的核心，等待handles上的事件。没有事件出现时，一直堵塞(blocking)；当某个（某些）handles上有时间产生时，返回。

这个是实现一般由操作系统提供。如linux的select、poll及epoll等。

Initiation Dispatcher

该对象负责管理Event Handlers（添加，删除等）,当某个handle上有事件出现时，调用对应的

内部使用Synchronous Event Demultiplexer

reactor的论文中给出了实例代码

Logging_Acceptor是处理接收请求的event handler。

Logging_Handler是处理实际请求的event handler

Initiation_Dispatcher::instance是单利模式的Initiation Dispatcher

线程模型

论文中使用的是单线程模型。即一个线程同一时候处理接受请求和处理请求。该模型中。假设每一个请求的处理时间较长。则会影响真个系统的吞吐率。

更为普遍的是使用多线程模型。多线程的基本方式是1:n。

1个线程用来接受连接请求，运行accept event handler。

其它的线程用来处理连接请求，执行connection event handler。n的数量能够依据执行情况动态调整。假设每一个连接的处理非常快。可能一个线程就够了。假设处理的时间非常长，则可能一个连接就要有一个线程。

java NIO

java nio就是按照reactor模式设计的。

java nio中的主要抽象：

Selector：相当于Synchronous Event Demultiplexer

SelectionKey: 相当于event，和一个SocketChannel关联
SocketChannel：相当于handle

java nio中没有提供initial dispatcher的抽象,这部分功能须要用户自行实现。

java nio中没有提供event handler的抽象,这部分功能须要用户自行实现。

netty

作为API，java nio不会设计的非常全面。仅仅会提供主要的功能。对一般的用户来说，java nio提供的编程界面还是比較原始(pirmitive),不是非常easy使用。netty是一个网络编程框架。在java nio的基础上提供了更高层的抽象。netty的编程比起nio有极大的简化。

netty中提供了reactor的全部封装，用户在使用中仅仅需实现event handler就可以。

netty在event handler上又提供了一层抽象，ChannelPipeline和ChannelHandler。

ChannelPipeline类似于原来的event handler,用来处理连接请求。ChannelPipeline由若干个ChannelHandler构成，ChannelPipeline会分别调用这些ChannelHandler来处理连接请求。

这样的设计类似于servlet中的filter chain。

全部的ChannelHandler和在一起，形成了处理链路。

netty相同提供了对线程模型的支持，详细能够參考netty的文档。

proactor和reactor的差别

主要差别是在处理连接请求时的方式：

reactor: 收到事件后，同步处理。该请求没有完毕后。该线程不会再去处理其它请求。

proactor：收到事件，异步处理。

该请求会运行异步调用(如异步读写文件等)，然后该请求调用返回，该线程会继续运行其它的请求。可是第一个请求并没有处理完毕，当异步操作完毕时，后有时间通知到第一个请求。完毕处理。proactor的编程会比較复杂。