死磕Reactor模式

上两篇从I/O模型讲到了I/O多路复用器。这一篇主要总结下I/O多路复用器的主要应用——Reactor模式。

Reactor模式又称为反应器模式、分发者模式（Dispathcher）或者通知者模式（nitifier）。它是一种事件处理模式，用于处理由一个或者多个客户端并发交付给服务器的请求。对服务器来讲，CPU的速度远远高于I/O处理操作，如果因为I/O处理而阻塞CPU显然是不划算的，这促使了Reactor的诞生。

下图是Douglas C. Schmidt先生对Reactor的架构解析

Handles： 句柄，是一个标识符，只要获得对象的句柄，我们就可以对对象进行任意的操作

Synchronous Event Demultiplexer： 同步事件复用器，其实就是我们上一篇所写到的I/O多路复用器，它会阻塞等待Handler上一组事件的发生。

Initiation Dispatcher： 调度程序，它定义了注册、删除和分派事件处理程序的接口。I/O多路复用器负责等待新事件的发生，当它检测到新的事件时，会通知调度程序回调应用程序特定的事件处理程序。常见事件包括连接事件、数据输入和输出事件以及超时事件。

Event Handler： 事件处理接口，拥有一个回调方法；

Concrete Event Handler： 具体事件处理程序，实现了Event Handler接口；

具体的操作步骤可以用下图来表示：

• 图中把具体的操作过程，分为2部分：初始化部分和事件处理部分。
• 在初始化过程中，程序将Concrete Event_Handler注册到Initiation Dispather，并说明该处理程序所关注的事件类型；
• 当所有Event Handler注册完毕的时候，程序进入事件处理阶段，并且启动Initiation Dispather的事件循环操作，事件循环操作主要是调用I/O多路复用器去等待Handler上发生的事件，并根据事件发生的类型，把他们转交给Concrete Event Handler。

线程模型

根据Reactor的数量和处理资源池线程的数量不同，Reactor有3种典型的实现方式：

1. 单Reactor单线程

如图，单Reactor单线程是指所有的I/O操作都是在同一个NIO线程上面完成的。

优点：模型简单，没有多线程、进程通信、竞争的问题，全部都在一个线程中完成；

缺点：性能问题，只有一个线程，无法发挥多核CPU的性能。Handler在处理某个连接上的任务时，整个进程阻塞；另外可靠性上也存在问题，一旦该线程意外终止，或者进入死循环，将导致整个应用不可用。

使用场景：客户端的数量有限、业务处理非常快速，比如Redis在业务处理的时间复杂度为O(1)的情况。

2. 单Reactor多线程

如图，单Reactor多线程模型与单Reactor单线程最大的区别是有一组NIO线程来处理I/O操作。

优点：可以充分的利用多核CPU的处理能力；

缺点：多线程数据共享和访问比较复杂，且Reactor承担和处理所有事件的监听和相应请求，单线程运行在高并发场景容易出现性能瓶颈；

3. 主从Reactor多线程

这个模式的特点是：服务端用于接收客户端连接的不再是一个单独的NIO线程，而是一个独立的NIO线程池。acceptor接收到了客户端TCP连接请求并处理完后，将新创建的SocketChannel注册到subReactor的某个I/O线程上，由它负责SocketChannel的读写和编解码工作。

Netty的线程模型

Netty的线程模型并非是一成不变的。Netty服务端在启动的时候，会同时配置bossEventLoopGroup和workerEventLoopGroup，其实就是分别指代了mainReactor和subReactor，通过对这两个EventLoopGroup的线程个数以及是否共享线程池等基础设置，Netty可以很轻松实现以上三种线程模型。

不过，Netty的实现不止于此，它通过很多细节上的处理使其性能达到最优。例如无锁化设计、暴露TCP参数、零拷贝等等。。我会在接下来的文章一一总结。