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彻底搞懂Reactor模型和Proactor模型( 二 )

Reactor模型


但是这个模型存在的问题：

  1. 多线程数据共享和访问比较复杂 。如果子线程完成业务处理后，把结果传递给主线程Reactor进行发送，就会涉及共享数据的互斥和保护机制 。
  2. Reactor承担所有事件的监听和响应，只在主线程中运行，可能会存在性能问题 。例如并发百万客户端连接，或者服务端需要对客户端握手进行安全认证，但是认证本身非常损耗性能 。
为了解决性能问题，产生了第三种主从Reactor多线程模型 。
3.主从Reactor多线程模型
比起第二种模型，它是将Reactor分成两部分：
  1. mainReactor负责监听server socket，用来处理网络IO连接建立操作，将建立的socketChannel指定注册给subReactor 。
  2. subReactor主要做和建立起来的socket做数据交互和事件业务处理操作 。通常，subReactor个数上可与CPU个数等同 。
Nginx、Swoole、Memcached和Netty都是采用这种实现 。
 
彻底搞懂Reactor模型和Proactor模型

文章插图
 
 
消息处理流程：
  1. 从主线程池中随机选择一个Reactor线程作为acceptor线程，用于绑定监听端口，接收客户端连接
  2. acceptor线程接收客户端连接请求之后创建新的SocketChannel，将其注册到主线程池的其它Reactor线程上，由其负责接入认证、IP黑白名单过滤、握手等操作
  3. 步骤2完成之后，业务层的链路正式建立，将SocketChannel从主线程池的Reactor线程的多路复用器上摘除，重新注册到Sub线程池的线程上，并创建一个Handler用于处理各种连接事件
  4. 当有新的事件发生时，SubReactor会调用连接对应的Handler进行响应
  5. Handler通过Read读取数据后，会分发给后面的Worker线程池进行业务处理
  6. Worker线程池会分配独立的线程完成真正的业务处理，如何将响应结果发给Handler进行处理
  7. Handler收到响应结果后通过Send将响应结果返回给Client
总结
Reactor模型具有如下的优点：
  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，可以方便地通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源；
  4. 可复用性，Reactor模型本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性 。
Proactor模型
 
彻底搞懂Reactor模型和Proactor模型

文章插图
 
 
模块关系：
  1. Procator Initiator负责创建Procator和Handler，并将Procator和Handler都通过Asynchronous operation processor注册到内核 。
  2. Asynchronous operation processor负责处理注册请求，并完成IO操作 。完成IO操作后会通知procator 。
  3. procator根据不同的事件类型回调不同的handler进行业务处理 。handler完成业务处理，handler也可以注册新的handler到内核进程 。
消息处理流程：
读取操作：
  1. 应用程序初始化一个异步读取操作，然后注册相应的事件处理器，此时事件处理器不关注读取就绪事件，而是关注读取完成事件，这是区别于Reactor的关键 。
  2. 事件分离器等待读取操作完成事件
  3. 在事件分离器等待读取操作完成的时候，操作系统调用内核线程完成读取操作，并将读取的内容放入用户传递过来的缓存区中 。这也是区别于Reactor的一点，Proactor中，应用程序需要传递缓存区 。
  4. 事件分离器捕获到读取完成事件后，激活应用程序注册的事件处理器，事件处理器直接从缓存区读取数据，而不需要进行实际的读取操作 。
异步IO都是操作系统负责将数据读写到应用传递进来的缓冲区供应用程序操作 。
Proactor中写入操作和读取操作，只不过感兴趣的事件是写入完成事件 。
Proactor有如下缺点：
  1. 编程复杂性，由于异步操作流程的事件的初始化和事件完成在时间和空间上都是相互分离的，因此开发异步应用程序更加复杂 。应用程序还可能因为反向的流控而变得更加难以Debug；
  2. 内存使用，缓冲区在读或写操作的时间段内必须保持住，可能造成持续的不确定性，并且每个并发操作都要求有独立的缓存，相比Reactor模型，在Socket已经准备好读或写前，是不要求开辟缓存的；
  3. 操作系统支持，windows下通过IOCP实现了真正的异步 I/O，而在linux系统下，Linux2.6才引入，并且异步I/O使用epoll实现的，所以还不完善 。


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