什么是Reactor模式

思維導(dǎo)圖

 

一、Reactor模式介紹

1.1 什么是Reactor模式

Reactor模式一般翻譯成"反應(yīng)器模式"，也有人稱(chēng)為"分發(fā)者模式"。它是將客戶(hù)端請(qǐng)求提交到一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)處理程序的設(shè)計(jì)模式。工作原理是由一個(gè)線(xiàn)程來(lái)接收所有的請(qǐng)求，然后派發(fā)這些請(qǐng)求到相關(guān)的工作線(xiàn)程中。

1.2 為什么使用Reactor模式

在java中，沒(méi)有NIO出現(xiàn)之前都是使用socket編程。socket的接收請(qǐng)求是阻塞的，需要處理完一個(gè)請(qǐng)求才能處理下一個(gè)請(qǐng)求，所以在面對(duì)高并發(fā)的服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，性能就會(huì)很差。

那有人就會(huì)說(shuō)使用多線(xiàn)程（如下圖所示）。接收到一個(gè)請(qǐng)求，就創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程處理，這樣就不會(huì)阻塞了。實(shí)際上這樣的確是可以在提升性能上起到一定的作用，但是當(dāng)請(qǐng)求很多的時(shí)候，就會(huì)創(chuàng)建大量的線(xiàn)程，維護(hù)線(xiàn)程需要資源的消耗，線(xiàn)程之間的切換也需要消耗性能。而且系統(tǒng)創(chuàng)建線(xiàn)程的數(shù)量也是有限的，所以當(dāng)高并發(fā)時(shí)，會(huì)直接把系統(tǒng)拖垮。由于以上的問(wèn)題，提出了Reactor模式。

基于Java，Doug Lea（Java并發(fā)包作者）提出了三種形式，單Reactor單線(xiàn)程，單Reactor多線(xiàn)程和多Reactor多線(xiàn)程。

二、Reactor模式的演進(jìn)過(guò)程

在介紹三種Reactor模式前，先簡(jiǎn)單地說(shuō)明三個(gè)角色：

Reactor：負(fù)責(zé)響應(yīng)事件，將事件分發(fā)到綁定了對(duì)應(yīng)事件的Handler，如果是連接事件，則分發(fā)到Acceptor。Handler：事件處理器。負(fù)責(zé)執(zhí)行對(duì)應(yīng)事件對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯。Acceptor：綁定了 connect 事件，當(dāng)客戶(hù)端發(fā)起connect請(qǐng)求時(shí)，Reactor會(huì)將accept事件分發(fā)給Acceptor處理。

2.1 單Reactor單線(xiàn)程

 

工作流程

只有一個(gè)select循環(huán)接收請(qǐng)求，客戶(hù)端（client）注冊(cè)進(jìn)來(lái)由Reactor接收注冊(cè)事件，然后再由reactor分發(fā)（dispatch）出去，由下面的處理器（Handler）去處理。

通俗解釋

一個(gè)餐廳里只有一個(gè)既是前臺(tái)也是服務(wù)員的人，負(fù)責(zé)接待客人，也負(fù)責(zé)把客人點(diǎn)的菜下達(dá)給廚師。

單Reactor單線(xiàn)程的特點(diǎn)

單線(xiàn)程的問(wèn)題實(shí)際上是很明顯的。只要其中一個(gè)Handler方法阻塞了，那就會(huì)導(dǎo)致所有的client的Handler都被阻塞了，也會(huì)導(dǎo)致注冊(cè)事件也無(wú)法處理，無(wú)法接收新的請(qǐng)求。所以這種模式用的比較少，因?yàn)椴荒艹浞掷玫蕉嗪说馁Y源。

這種模式僅僅只能處理Handler比較快速完成的場(chǎng)景。

2.2 單Reactor多線(xiàn)程

 

工作流程

在多線(xiàn)程Reactor中，注冊(cè)接收事件都是由Reactor來(lái)做，其它的計(jì)算，編解碼由一個(gè)線(xiàn)程池來(lái)做。從圖中可以看出工作線(xiàn)程是多線(xiàn)程的，監(jiān)聽(tīng)注冊(cè)事件的Reactor還是單線(xiàn)程。

通俗解釋

相當(dāng)于餐廳里有一個(gè)前臺(tái)，多個(gè)服務(wù)員。前臺(tái)只負(fù)責(zé)接待客人，服務(wù)員只負(fù)責(zé)服務(wù)客人。

單Reactor多線(xiàn)程的特點(diǎn)

對(duì)比單線(xiàn)程Reactor模型，多線(xiàn)程Reactor模式在Handler讀寫(xiě)處理時(shí)，交給工作線(xiàn)程池處理，不會(huì)導(dǎo)致Reactor無(wú)法執(zhí)行，因?yàn)镽eactor分發(fā)和Handler處理是分開(kāi)的，能充分地利用資源。從而提升應(yīng)用的性能。

缺點(diǎn)：Reactor只在主線(xiàn)程中運(yùn)行，承擔(dān)所有事件的監(jiān)聽(tīng)和響應(yīng)，如果短時(shí)間的高并發(fā)場(chǎng)景下，依然會(huì)造成性能瓶頸。

2.3 多Reactor多線(xiàn)程

 

工作流程

1、mainReactor負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)端請(qǐng)求，專(zhuān)門(mén)處理新連接的建立，將建立好的連接注冊(cè)到subReactor。

2、subReactor 將分配的連接加入到隊(duì)列進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)有新的事件發(fā)生時(shí)，會(huì)調(diào)用連接相對(duì)應(yīng)的Handler進(jìn)行處理。

通俗解釋

相當(dāng)于餐廳里有多個(gè)前臺(tái)和多個(gè)服務(wù)員，前臺(tái)只負(fù)責(zé)接待客人，服務(wù)員只負(fù)責(zé)服務(wù)客人。

多Reactor多線(xiàn)程的特點(diǎn)

mainReactor 主要是用來(lái)處理客戶(hù)端請(qǐng)求連接建立的操作。subReactor主要做和建立起來(lái)的連接做數(shù)據(jù)交互和事件業(yè)務(wù)處理操作，每個(gè)subReactor一個(gè)線(xiàn)程來(lái)處理。

這樣的模型使得每個(gè)模塊更加專(zhuān)一，耦合度更低，能支持更高的并發(fā)量。許多框架也使用這種模式，比如接下來(lái)要講的Netty框架就采用了這種模式。

三、在Netty中的應(yīng)用

Netty可謂是框架中精品中的極品，要用一張圖或者一段話(huà)來(lái)總結(jié)概括不太可能，所以下面我僅分析一下Netty框架的架構(gòu)模型。在下一篇文章再繼續(xù)深入探究Netty。這個(gè)架構(gòu)實(shí)際上跟多Reactor多線(xiàn)程模型比較像。

1、BossGroup相當(dāng)于mainReactor，負(fù)責(zé)建立連接并且把連接注冊(cè)到WorkGroup中。WorkGroup負(fù)責(zé)處理連接對(duì)應(yīng)的讀寫(xiě)事件。

2、BossGroup和WorkGroup是兩個(gè)線(xiàn)程池，里面有多個(gè)NioEventGroup(實(shí)際上是線(xiàn)程)，默認(rèn)BossGroup和WorkGroup里的線(xiàn)程數(shù)是cpu核數(shù)的兩倍（源碼中有體現(xiàn)）。

3、每一個(gè)NioEventGroup都是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)相對(duì)應(yīng)的事件。4、Pipeline(通道)里包含多個(gè)ChannelHandler(業(yè)務(wù)處理)，按順序執(zhí)行。