细说Reactor模式-白红宇

一、是什么

1、概念

reactor设计模式，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。

2、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、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。

二、架构模式

1、架构图

2、构成

Handles ：表示操作系统管理的资源，我们可以理解为fd。

Synchronous Event Demultiplexer ：同步事件分离器，阻塞等待Handles中的事件发生。 Initiation Dispatcher ：初始分派器，作用为添加Event handler（事件处理器）、删除Event handler以及分派事件给Event handler。也就是说，Synchronous Event Demultiplexer负责等待新事件发生，事件发生时通知Initiation Dispatcher，然后Initiation Dispatcher调用event handler处理事件。

Event Handler ：事件处理器的接口

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。

3、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。

三、代码注释

package com.linxcool.reactor;

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”

* @author linxcool

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();

}

package com.linxcool.reactor;

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();

}

package com.linxcool.reactor;

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();

}

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。