Reactor模式是什么?
反应器设计模式(Reactor pattern),是一种基于事件驱动的设计模式。Reactor框架是ACE各个框架中最基础的一个框架,其他框架都或多或少地用到了Reactor框架。
在事件驱动的应用中,将一个或多个客户的服务请求分离(demultiplex)和调度(dispatch)给应用程序。在事件驱动的应用中,同步地、有序地处理同时接收的多个服务请求。
reactor模式与外观模式有点像。不过,观察者模式与单个事件源关联,而反应器模式则与多个事件源关联 。当一个主体发生改变时,所有依属体都得到通知。
初始事件分发器(Initialization Dispatcher):用于管理Event Handler,定义注册、移除EventHandler等。Reactor模式的入口调用Synchronous Event Demultiplexer的select方法以阻塞等待事件返回,当阻塞等待返回时,事件发生时通知Initiation Dispatcher,然后Initiation Dispatcher调用event handler处理事件,即回调EventHandler中的handle_event()方法。
同步(多路)事件分离器(Synchronous Event Demultiplexer):无限循环等待新事件的到来,一旦发现有新的事件到来,就会通知初始事件分发器去调取特定的事件处理器。
系统处理程序(Handles):操作系统中的句柄,是对资源在操作系统层面上的一种抽象,它可以是打开的文件、一个连接(Socket)、Timer等。由于Reactor模式一般使用在网络编程中,因而这里一般指Socket Handle,即一个网络连接(Connection,在Java NIO中的Channel)。这个Channel注册到Synchronous Event Demultiplexer中,以监听Handle中发生的事件,对ServerSocketChannnel可以是CONNECT事件,对SocketChannel可以是READ、WRITE、CLOSE事件等。
事件处理器(Event Handler): 定义事件处理方法,以供Initialization Dispatcher回调使用。
Concrete Event Handler :事件处理器的实际实现,而且绑定了一个Handle。因为在实际情况中,我们往往不止一种事件处理器,因此这里将事件处理器接口和实现分开,与C++、Java这些高级语言中的多态类似。
模块交互
1)我们注册Concrete Event Handler到Initiation Dispatcher中。
2)Initiation Dispatcher调用每个Event Handler的get_handle接口获取其绑定的Handle。
3)Initiation Dispatcher调用handle_events开始事件处理循环。在这里,Initiation Dispatcher会将步骤2获取的所有Handle都收集起来,使用Synchronous Event Demultiplexer来等待这些Handle的事件发生。
4)当某个(或某几个)Handle的事件发生时,Synchronous Event Demultiplexer通知Initiation Dispatcher。
5)Initiation Dispatcher根据发生事件的Handle找出所对应的Handler。
6)Initiation Dispatcher调用Handler的handle_event方法处理事件。
单线程版的Reactor模式
对于客户端的所以请求,都又一个专门的线程去进行处理,这个线程无线循环去监听是否又客户的请求到来,一旦收到客户端的请求,就将其分发给响应的处理器进行处理。
工作线程使用线程池实现
考虑到工作线程的复用,将工作线程设计为线程池。
Reactor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;
Reactor缺点
1)相比传统的简单模型,Reactor增加了一定的复杂性,因而有一定的门槛,并且不易于调试。
2)Reactor模式需要底层的Synchronous Event Demultiplexer支持,比如Java中的Selector支持,操作系统的select系统调用支持,如果要自己实现Synchronous Event Demultiplexer可能不会有那么高效。
3) Reactor模式在IO读写数据时还是在同一个线程中实现的,即使使用多个Reactor机制的情况下,那些共享一个Reactor的Channel如果出现一个长时间的数据读写,会影响这个Reactor中其他Channel的相应时间,比如在大文件传输时,IO操作就会影响其他Client的相应时间,因而对这种操作,使用传统的Thread-Per-Connection或许是一个更好的选择,或则此时使用Proactor模式。
总结
reactor模式是javaNIO非堵塞技术的实现原理,我们不仅要知道其原理流程,还要知道其代码实现,当然这个reactor模式不仅仅在NIO中实现,而且在redies等其他地方也出现过,说明这个模式还是比较实用的,尤其是在多线程高并发的情况下使用。
简单实现源码
import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* 反应器模式
* 用于解决多用户访问并发问题
*
* 举个例子:餐厅服务问题
*
* 传统线程池做法:来一个客人(请求)去一个服务员(线程)
* 反应器模式做法: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”
*
*/
public class Reactor implements Runnable{
public final Selector selector;
public final ServerSocketChannel serverSocketChannel;
public Reactor(int port) throws IOException{
selector=Selector.open();
serverSocketChannel=ServerSocketChannel.open();
InetSocketAddress inetSocketAddress=new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),port);
serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress);
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
//向selector注册该channel
SelectionKey selectionKey=serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
//利用selectionKey的attache功能绑定Acceptor 如果有事情,触发Acceptor
selectionKey.attach(new Acceptor(this));
}
@Override
public void run() {
try {
while(!Thread.interrupted()){
selector.select();
Set<SelectionKey> selectionKeys= selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> it=selectionKeys.iterator();
//Selector如果发现channel有OP_ACCEPT或READ事件发生,下列遍历就会进行。
while(it.hasNext()){
//来一个事件 第一次触发一个accepter线程
//以后触发SocketReadHandler
SelectionKey selectionKey=it.next();
dispatch(selectionKey);
selectionKeys.clear();
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 运行Acceptor或SocketReadHandler
* @param key
*/
void dispatch(SelectionKey key) {
Runnable r = (Runnable)(key.attachment());
if (r != null){
r.run();
}
}
}
import java.io.IOException;
import java.nio.channels.SocketChannel;
public class Acceptor implements Runnable{
private Reactor reactor;
public Acceptor(Reactor reactor){
this.reactor=reactor;
}
@Override
public void run() {
try {
SocketChannel socketChannel=reactor.serverSocketChannel.accept();
if(socketChannel!=null)//调用Handler来处理channel
new SocketReadHandler(reactor.selector, socketChannel);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
public class SocketReadHandler implements Runnable{
private SocketChannel socketChannel;
public SocketReadHandler(Selector selector,SocketChannel socketChannel) throws IOException{
this.socketChannel=socketChannel;
socketChannel.configureBlocking(false);
SelectionKey selectionKey=socketChannel.register(selector, 0);
//将SelectionKey绑定为本Handler 下一步有事件触发时,将调用本类的run方法。
//参看dispatch(SelectionKey key)
selectionKey.attach(this);
//同时将SelectionKey标记为可读,以便读取。
selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
selector.wakeup();
}
/**
* 处理读取数据
*/
@Override
public void run() {
ByteBuffer inputBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
inputBuffer.clear();
try {
socketChannel.read(inputBuffer);
//激活线程池 处理这些request
//requestHandle(new Request(socket,btt));
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}