Reactor 模型基本并发编程模型

Posted 2021-01-26 binarylei

Reactor 模型（一）基本并发编程模型

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在讲解 Reactor 线程模型之前，我们需要先对基本并发编程模型：串行工作模型、并发工作模型进行讲解。

串行工作者模型和并行工作者模型关注的是将任务划分为 2 个阶段：一是任务的接受阶段；二是任务的处理阶段。而 Reactor 线程模型关注的是上述第二个阶段：任务在处理的过程中，继续划分为多个步骤进行处理。

一、串行模型

我们以一个典型的任务处理流程，来说明为什么要将任务的接受流程与处理流程划分开来

在这个例子中，一个 Worker 线程来处理用户提交的任务，任务的处理步骤粗略的分为：接受任务和处理任务两个阶段。当 Worker 接受到一个任务之后，就立刻进行处理，也就是说任务接受和任务处理是在同一个 Worker 线程中进行的，没有进行区分。这样做存在一个很大的问题是，必须要等待某个 Task 处理完成之后，才能接受处理下一个 Task。

而通常情况下，任务的处理过程会比任务的接受流程慢得多。例如在处理任务的时候，我们可能会需要访问远程数据库，这属于一种网络 IO。通常情况下 IO 操作是比较耗时的，这直接影响了下一个任务的接受，而且通常在 IO 操作的时候，CPU 是比较空闲的，白白浪费了资源。

因此我们可以考虑将任务的接受与处理分为两个线程进行处理，一个只负责接受任务，一个只负责处理任务。

这就演化出了第一个线程模型：串行工作者模型。如下所示：

在这种情况下，接受任务的线程称之为 Accept Thread，其将接受到的任务放到一个任务队列中，因此能立即返回接受下一个任务。而 Worker 线程不断的从这个队列中取出任务进行异步执行。

目前这种情况存在一个很大的问题，在于任务处理的太慢，导致队列里积压的任务数量越来愈大，任务不能得到及时的执行。所以我们可以用多个 Worker Thread 来处理任务。这就是串行工作者模型的并发版本-并行工作者模型。

二、并行模型

在并行工作者模型中，有一个 Accpet Thread，多个 Worker Thread，因为 Worker Thread 的功能都相同，所以我们通常会将其划分到一个组中(Worker Thread Group)。

在具体实现上，并行工作者线程模型有两种设计方式，以下分别进行介绍。

2.1 基于公共任务队列

并行工作者线程模型设计方式一：基于公共任务队列

accept Thread 将接受到的任务放到任务队列中，Worker Thread group 中的多个 Worker Thread 并行的从公共的队列中拉取任务进行处理。

熟悉java线程池 的用户可能已经发现，可以用ThreadPoolExecutor 来实现右半部分的功能，因为ThreadPoolExecutor 就是多个线程从一个公共的任务队列中拉取任务进行执行。通过在main线程中接受任务，将任务提交到线程池中，即可以完成上述线程模型。

2.2 每个 Worker Thread 维护自己的任务队列

在第一种方式中，由于多个Worker线程同时从一个公共的任务队列中拉取任务进行处理，因此必须要进行加锁，因而影响了效率。因此又有了下面一种设计方式：Reactor Thread直接将任务转发给各个 Worker Thread，每个 Worker Thread 内部维护一个队列来处理，如下图

这种方式的设计，避免的锁竞争，因为每个 Worker Thread 都从各自的队列中取出任务进行执行。实际上，Netty 的实现中，就是为每个 Worker Thread 维护了一个队列。

需要注意的是：由于现在是 Accpet Thread 直接给过个 Worker Thread 转发任务，任务分配的平均的责任就落到了 Reactor Thread 的身上。

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