reactor模式---事件触发模型

Posted 2020-10-01 soqu36

Reactor这个词译成汉语还真没有什么合适的，很多地方叫反应器模式，但更多好像就直接叫reactor模式了，其实我觉着叫应答者模式更好理解一些。通过了解，这个模式更像一个侍卫，一直在等待你的召唤。

1.reactor的形象比喻入门

 

并发系统常使用reactor模式，代替常用的多线程的处理方式，节省系统的资源，提高系统的吞吐量。

 

先用比较直观的方式来介绍一下这种方式的优点，通过和常用的多线程方式比较一下，可能更好理解。

以一个餐饮为例，每一个人来就餐就是一个事件，他会先看一下菜单，然后点餐。就像一个网站会有很多的请求，要求服务器做一些事情。处理这些就餐事件的就需要我们的服务人员了。

 

在多线程处理的方式会是这样的：

一个人来就餐，一个服务员去服务，然后客人会看菜单，点菜。 服务员将菜单给后厨。

二个人来就餐，二个服务员去服务……

五个人来就餐，五个服务员去服务……

 

这个就是多线程的处理方式，一个事件到来，就会有一个线程服务。很显然这种方式在人少的情况下会有很好的用户体验，每个客人都感觉自己是VIP，专人服务的。如果餐厅一直这样同一时间最多来5个客人，这家餐厅是可以很好的服务下去的。

 

来了一个好消息，因为这家店的服务好，吃饭的人多了起来。同一时间会来10个客人，老板很开心，但是只有5个服务员，这样就不能一对一服务了，有些客人就要没有人管了。老板就又请了5个服务员，现在好了，又能每个人都受VIP待遇了。

 

越来越多的人对这家餐厅满意，客源又多了，同时来吃饭的人到了20人，老板高兴不起来了，再请服务员吧，占地方不说，还要开工钱，再请人就攒不到钱了。怎么办呢？老板想了想，10个服务员对付20个客人也是能对付过来的，服务员勤快点就好了，伺候完一个客人马上伺候另外一个，还是来得及的。综合考虑了一下，老板决定就使用10个服务人员的线程池啦~~~

 

但是这样有一个比较严重的缺点就是，如果正在接受服务员服务的客人点菜很慢，其他的客人可能就要等好长时间了。有些火爆脾气的客人可能就等不了走人了。

 

Reactor如何处理这个问题呢：

老板后来发现，客人点菜比较慢，大部服务员都在等着客人点菜，其实干的活不是太多。老板能当老板当然有点不一样的地方，终于发现了一个新的方法，那就是：当客人点菜的时候，服务员就可以去招呼其他客人了，等客人点好了菜，直接招呼一声“服务员”，马上就有个服务员过去服务。嘿嘿，然后在老板有了这个新的方法之后，就进行了一次裁员，只留了一个服务员！这就是用单个线程来做多线程的事。

 

实际的餐馆都是用的Reactor模式在服务。一些设计的模型其实都是从生活中来的。

 

Reactor模式主要是提高系统的吞吐量，在有限的资源下处理更多的事情。

 

在单核的机上，多线程并不能提高系统的性能，除非在有一些阻塞的情况发生。否则线程切换的开销会使处理的速度变慢。就像你一个人做两件事情，1、削一个苹果。2、切一个西瓜。那你可以一件一件的做，我想你也会一件一件的做。如果这个时候你使用多线程，一会儿削苹果，一会切西瓜，可以相像究竟是哪个速度快。这也就是说为什么在单核机上多线程来处理可能会更慢。

 

但当有阻碍操作发生时，多线程的优势才会显示出来，现在你有另外两件事情去做，1、削一个苹果。2、烧一壶开水。我想没有人会去做完一件再做另一件，你肯定会一边烧水，一边就把苹果削了。

 

首先来回想一下普通函数调用的机制：程序调用某函数?函数执行，程序等待?函数将结果和控制权返回给程序?程序继续处理。
Reactor释义“反应堆”，是一种事件驱动机制。和普通函数调用的不同之处在于：应用程序不是主动的调用某个API完成处理，而是恰恰相反，Reactor逆置了事件处理流程，应用程序需要提供相应的接口并注册到Reactor上，如果相应的时间发生，Reactor将主动调用应用程序注册的接口，这些接口又称为“回调函数”。使用Libevent也是想Libevent框架注册相应的事件和回调函数；当这些时间发声时，Libevent会调用这些回调函数处理相应的事件（I/O读写、定时和信号）。
    用“好莱坞原则”来形容Reactor再合适不过了：不要打电话给我们，我们会打电话通知你。
    举个例子：你去应聘某xx公司，面试结束后。
“普通函数调用机制”公司HR比较懒，不会记你的联系方式，那怎么办呢，你只能面试完后自己打电话去问结果；有没有被录取啊，还是被据了；

“Reactor”公司HR就记下了你的联系方式，结果出来后会主动打电话通知你：有没有被录取啊，还是被据了；你不用自己打电话去问结果，事实上也不能，你没有HR的留联系方式。

 

 

2 Reactor模式的优点
Reactor模式是编写高性能网络服务器的必备技术之一，它具有如下的优点：
    1）响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然Reactor本身依然是同步的；
    2）编程相对简单，可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销；
    3）可扩展性，可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源；
    4）可复用性，reactor框架本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性；

3 Reactor模式框架
    使用Reactor模型，必备的几个组件：事件源、Reactor框架、多路复用机制和事件处理程序，先来看看Reactor模型的整体框架，接下来再对每个组件做逐一说明。
 

 

1） 事件源
Linux上是文件描述符，Windows上就是Socket或者Handle了，这里统一称为“句柄集”；程序在指定的句柄上注册关心的事件，比如I/O事件。

2） event demultiplexer——事件多路分发机制
由操作系统提供的I/O多路复用机制，比如select和epoll。
    程序首先将其关心的句柄（事件源）及其事件注册到event demultiplexer上；
当有事件到达时，event demultiplexer会发出通知“在已经注册的句柄集中，一个或多个句柄的事件已经就绪”；
    程序收到通知后，就可以在非阻塞的情况下对事件进行处理了。
对应到libevent中，依然是select、poll、epoll等，但是libevent使用结构体eventop进行了封装，以统一的接口来支持这些I/O多路复用机制，达到了对外隐藏底层系统机制的目的。

3） Reactor——反应器
    Reactor，是事件管理的接口，内部使用event demultiplexer注册、注销事件；并运行事件循环，当有事件进入“就绪”状态时，调用注册事件的回调函数处理事件。
对应到libevent中，就是event_base结构体。
一个典型的Reactor声明方式

 

[cpp] view plain copy

 

1. class Reactor       
2. {       
3. public:       
4.     int register_handler(Event_Handler *pHandler, int event);       
5.     int remove_handler(Event_Handler *pHandler, int event);       
6.     void handle_events(timeval *ptv);       
7.     // ...       
8. };      
9. class Reactor    
10. {    
11. public:    
12.     int register_handler(Event_Handler *pHandler, int event);    
13.     int remove_handler(Event_Handler *pHandler, int event);    
14.     void handle_events(timeval *ptv);    
15.     // ...    
16. };    

4） Event Handler——事件处理程序
    事件处理程序提供了一组接口，每个接口对应了一种类型的事件，供Reactor在相应的事件发生时调用，执行相应的事件处理。通常它会绑定一个有效的句柄。
对应到libevent中，就是event结构体。
下面是两种典型的Event Handler类声明方式，二者互有优缺点。

 

 

[cpp] view plain copy

 

1. class Event_Handler       
2. {       
3. public:       
4.     virtual void handle_read() = 0;       
5.     virtual void handle_write() = 0;       
6.     virtual void handle_timeout() = 0;       
7.     virtual void handle_close() = 0;       
8.     virtual HANDLE get_handle() = 0;       
9.     // ...       
10. };       
11. class Event_Handler       
12. {       
13. public:       
14.     // events maybe read/write/timeout/close .etc       
15.     virtual void handle_events(int events) = 0;       
16.     virtual HANDLE get_handle() = 0;       
17.     // ...       
18. };      
19. class Event_Handler    
20. {    
21. public:    
22.     virtual void handle_read() = 0;    
23.     virtual void handle_write() = 0;    
24.     virtual void handle_timeout() = 0;    
25.     virtual void handle_close() = 0;    
26.     virtual HANDLE get_handle() = 0;    
27.     // ...    
28. };    
29. class Event_Handler    
30. {    
31. public:    
32.     // events maybe read/write/timeout/close .etc    
33.     virtual void handle_events(int events) = 0;    
34.     virtual HANDLE get_handle() = 0;    
35.     // ...    
36. };    

 

 

4 Reactor事件处理流程
前面说过Reactor将事件流“逆置”了，那么使用Reactor模式后，事件控制流是什么样子呢？
可以参见下面的序列图。
 

 

关于读写事件响应：
1、读响应：
在socket建链以后，就在其上add读响应句柄，一旦socket缓冲区上有数据可读，就会自动触发响应的读方法进行处理；
2、写响应：
设置了一个bReadable的标志位，每次需要发送数据时，将此标志位置为true，这样在onTimeOut响应函数中，一旦发现bReadable为true，则对socket绑定上写响应句柄；
在写响应函数中，对要发送数据进行发送之前，socket要去除写响应句柄；
也就是说：每次需要发送数据时，就绑定一次写响应句柄，发送时，就去除此句柄；
因为写响应句柄，在socket发送缓冲区为空的时候，会一直触发调用写响应函数。因此需要再onTimeout响应中根据发送需要，临时绑定/去绑定写响应句柄。