Reactor模式（单Reactor单线程、单Reactor多线程、主从Reactor多线程）

NIO介绍

NIO —— 三大组件

Netty —— 概述

Netty —— 下载、安装

工作原理示意图

方案说明

• 1&＃xff09;Select 是前面 I/O 复用模型介绍的标准网络编程 API&＃xff0c;可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求
• 2&＃xff09;Reactor 对象通过 Select 监控客户端请求事件&＃xff0c;收到事件后通过 Dispatch 进行分发
• 3&＃xff09;如果是建立连接请求事件&＃xff0c;则由 Acceptor 通过 Accept 处理连接请求&＃xff0c;然后创建一个 Handler 对象处理连接完成后的后续业务处理
• 4&＃xff09;如果不是建立连接事件&＃xff0c;则 Reactor 会分发调用连接对应的 Handler 来响应
• 5&＃xff09;Handler 会完成 Read ——> 业务处理 ——> Send 的完整业务流程

结合实例&＃xff1a;服务器调用一个线程通过多路复用搞定所有的 IO 操作&＃xff08;包括连接&＃xff0c;读、写等&＃xff09;&＃xff0c;编码简单&＃xff0c;清晰明了&＃xff0c;但是如果客户端连接数量较多&＃xff0c;将无法支撑

方案优缺点分析

优点

模型简单&＃xff0c;没有多线程、进程通信。竞争的问题&＃xff0c;全部都在一个线程中完成

缺点

性能问题&＃xff0c;只有一个线程&＃xff0c;无法完全发挥多核 CPU 的性能&＃xff0c;Handler 在处理某个连接上的业务时&＃xff0c;整个进程无法处理其它连接事件&＃xff0c;很容易导致性能瓶颈&＃xff1b;可靠性问题&＃xff0c;线程意外终止&＃xff0c;或者进入死循环&＃xff0c;会导致整个系统通信模块不可用&＃xff0c;不能接收和处理外部消息&＃xff0c;造成节点故障

使用场景

客户端的数量有限&＃xff0c;业务处理非常快速&＃xff0c;比如 Redis 在业务处理的时间复杂度为 O(1) 的情况

工作原理示意图

方案说明

• 1&＃xff09;Reactor 对象通过 select 监控客户端请求事件&＃xff0c;收到事件后&＃xff0c;通过 dispatch 进行分发
• 2&＃xff09;如果是建立连接请求&＃xff0c;则由 Acceptor 通过 accept 处理连接请求&＃xff0c;然后创建一个 Handler 对象处理完成连接后的各种事件
• 3&＃xff09;如果不是连接请求&＃xff0c;则由 Reactor 对象会分发调用连接对应的 Handler 来处理
• 4&＃xff09;Handler 只负责响应事件&＃xff0c;不做具体的业务处理&＃xff0c;通过 read 读取数据后&＃xff0c;会分发给后面的 Worker 线程池的某个线程处理业务
• 5&＃xff09;Worker 线程池会分配独立线程完成真正的业务&＃xff0c;并将结果返回给 Handler
• 6&＃xff09;Handler 收到响应后&＃xff0c;通过 send 将结果返回给 Client

方案优缺点分析

优点

可以充分的利用多核 CPU 的处理能力

缺点

多线程会进行数据共享和访问比较复杂&＃xff0c;Reactor 处理所有的事件的监听和响应&＃xff0c;在单线程中运行&＃xff0c;在高并发场景容易出现性能瓶颈

工作原理示意图

针对单 Reactor 多线程模型中&＃xff0c;Reactor 在单线程中运行&＃xff0c;高并发场景下容易成为性能瓶颈&＃xff0c;可以让 Reactor 在多线程中运行

方案说明

• 1&＃xff09;Reactor 主线程 MainReactor 对象通过 select 监听连接事件&＃xff0c;收到事件后&＃xff0c;通过 Acceptor 处理连接事件
• 2&＃xff09;当 Acceptor 处理连接事件后&＃xff0c;MainReactor 将连接分配给 SubReactor
• 3&＃xff09;SubReactor 将连接加入到连接队列进行监听&＃xff0c;并创建 Handler 进行各种事件处理
• 4&＃xff09;当有新事件发生时&＃xff0c;SubReactor 就会调用对应的 Handler 处理 handler
• 5&＃xff09;handler 通过 read 读取数据&＃xff0c;分发给后面的 worker 线程处理
• 6&＃xff09;worker 线程池会分配独立的 worker 线程进行业务处理&＃xff0c;并返回结果
• 7&＃xff09;handler 收到响应的结果后&＃xff0c;再通过 send 将结果返回给 Client
• 8&＃xff09;Reactor 主线程可以对应多个 Reactor 子线程&＃xff0c;即 MainReactor 可以关联多个 SubReactor

方案优缺点分析

优点

• 父线程与子线程的数据交互简单职责明确&＃xff0c;父线程只需要接收新连接&＃xff0c;子线程完成后续的业务处理
• 父线程与子线程的数据交互简单&＃xff0c;Reactor 主线程只需要把新连接传给子线程&＃xff0c;子线程无需返回数据

缺点

编程复杂度较高

结合实例

这种模型在许多项目中广泛使用&＃xff0c;包括 Nginx 主从 Reactor 多进程模型&＃xff0c;Memcached 主从多线程&＃xff0c;Netty 主从多线程模型的支持

3 种模式有哪个生活案例来理解

• 1&＃xff09;单 Reactor 单线程&＃xff0c;前台接待员和服务员是同一个人&＃xff0c;全程为顾客服务
• 2&＃xff09;单 Reactor 多线程&＃xff0c;1 个前台接待员&＃xff0c;多个服务员&＃xff0c;接待员只负责接待
• 3&＃xff09;主从 Reactor 多线程&＃xff0c;多个前台接待员&＃xff0c;多个服务生

Reactor 模式具有如下的优点

• 1&＃xff09;响应快&＃xff0c;不必为单个同步时间所阻塞&＃xff0c;虽然 Reactor 本身依然是同步的
• 2&＃xff09;可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题&＃xff0c;并且避免了多线程 / 进程的切换开销
• 3&＃xff09;扩展性好&＃xff0c;可以方便的通过增加 Reactor 实例个数来充分利用 CPU 资源
• 4&＃xff09;复用性好&＃xff0c;Reactor 模型本身与具体事件处理逻辑无关&＃xff0c;具有很高的复用性