死磕 NIO— Proactor模式是什么？很牛逼吗？

Posted 2021-12-09 chenssy

大家好，我是大明哥。

上篇文章我们分析了高性能 IO模型Reactor模式，了解了什么是Reactor 模式以及它的三种常见的模式，这篇文章，大明再介绍另外一种高性能IO模型： Proactor。

为什么是 Proactor 模式

上篇文章 【死磕 NIO】— Reactor 模式就一定意味着高性能吗？大明哥分析了 Reactor模式，我们知道Reactor性能确实非常高，适合高并发场景，但是它依然存在一个问题，那就是它是 同步IO。同步IO会有一个什么问题呢？同步IO需要线程自己等待内核准备好数据，在内核准备数据的过程中，当前线程是阻塞的，这样就会导致如果某个线程因为读取IO的时间过长（比如读取文件、写文件），则它势必会影响其他线程的执行。如果对 同步IO、 异步IO 不了解的同学，可以看如下两篇文章：

• 【死磕NIO】— 阻塞、非阻塞、同步、异步，傻傻分不清楚

• 【死磕NIO】— 阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动IO，异步IO，这你真的分的清楚吗？

既然 同步IO有缺陷，那我们是不是可以调整为 异步IO呢？完全可以，这就是 Proactor 模式。

什么是 Proactor 模式

Proactor 模式整体与Reactor 模式一致，区别就在于Proactor模式将所有I/O操作都交给主线程和内核来处理，工作线程仅仅负责业务逻辑。模型如下：

• Procator Initiator：负责创建Handler和Procator，并将Procator和Handler都通过Asynchronous operation processor注册到内核。

• Handler：执行业务流程的业务处理器。

• Asynchronous operation processor：负责处理注册请求，并完成IO操作。完成IO操作后会通知Procator。

• Procator：根据不同的事件类型回调不同的handler进行业务处理。

这里需要注意的是： Proactor关注的不是就绪事件，而是完成事件，这是区分Reactor模式的关键点。

然而可惜的是，Linux下的异步 I/O 是不完善的，aio 系列函数是由 POSIX 定义的异步操作接口，不是真正的操作系统级别支持的，而是在用户空间模拟出来的异步，并且仅仅支持基于本地文件的 aio 异步操作，网络编程中的 socket是不支持的，这也使得基于 Linux 的高性能网络程序都是使用 Reactor 方案。

而 Windows 里实现了一套完整的支持 socket 的异步编程接口，这套接口就是 IOCP，是由操作系统级别实现的异步 I/O，真正意义上异步 I/O，因此在 Windows 里实现高性能网络程序可以使用效率更高的 Proactor 方案。

优缺点

• 优点

  • 性能确实是强大，效率也高

• 缺点

  • 复杂。性能好，效率高，东西是好东西，但是使用起来就是复杂。

  • 操作系统支持。上面提到过，Linux系统对异步IO支持不是很好，不是很完善

Proactor 模式与Reactor 模式

Proactor模式与Reactor模式 的区别有如下几点：

• Reactor 模式注册的是文件描述符的就绪事件。当Reactor 模式有事件发生时，它需要判断当前事件是读事件还是写事件，然后在调用系统的read或者write将数据从内核中拷贝到用户数据区，然后进行业务处理。

• Proactor模式注册的则是完成事件。即发起异步操作后，操作系统将在内核态完成I/O并拷贝数据到用户提供的缓冲区中，完成后通知Proactor进行回调，用户只需要处理后续的业务即可。

• Reactor模式实现同步I/O多路分发

• Proactor模式实现异步I/O分发。

在 Linux 操作系统下实现高并发网络编程依然以Reactor 模式为主。

参考资料

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/95662364