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一、Reactor 模式分类:

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

  1. 单 Reactor 单线程
  2. 单 Reactor 多线程
  3. 主从 Reactor 多线程

二、单 Reactor 单线程

1、工作原理示意图

原理图,并使用 NIO 群聊系统验证:Reactor 和 Handler 是同一个线程。

2、方案说明

(1)Select 是前面 I/O 复用模型介绍的标准网络编程 API,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)Reactor 对象通过 Select 监控客户端请求事件,收到事件后通过 Dispatch 进行分发;

(3)如果是建立连接请求事件,则由 Acceptor 通过 Accept 处理连接请求,然后创建一个Handler 对象处理连接完成后的后续业务处理;

(4)如果不是建立连接事件,则 Reactor 会分发调用连接对应的 Handler 来响应;

(5)Handler 会完成 Read→业务处理→Send 的完整业务流程

结合实例: 服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的 IO 操作(包括连接, 读、 写等) , 编码简单, 清晰明了, 但是如果客户端连接数量较多, 将无法支撑, 前面的 NIO案例就属于这种模型。

3、优缺点分析

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,无法完全发挥多核 CPU 的性能。 Handler 在处理某个连接上的业务时,整个进程无法处理其他连接事件,很容易导致性能瓶颈;
  • 可靠性问题,线程意外终止,或者进入死循环,会导致整个系统通信模块不可用,不能接收和处理外部消息,造成节点故障;
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 O(1) 的情况

三、单Reactor多线程

1、工作原理示意图

2、方案说明

(1)Reactor 对象通过 select 监控客户端请求事件,收到事件后,通过 dispatch 进行分发;

(2)如果是建立连接请求, 则由 Acceptor 通过 accept 处理连接请求, 然后创建一个Handler对象处理完成连接后的各种事件;

(3)如果不是连接请求,则由 reactor 分发调用连接对应的 handler 来处理;

(4)handler 只负责响应事件,不做具体的业务处理,通过 read 读取数据后,会分发给后面的 worker 线程池的某个线程处理业务;

(5)worker 线程池会分配独立线程完成真正的业务,并将结果返回给 handler;

(6)handler 收到响应后,通过 send 将结果返回给 client;

3、优缺点分析

优点:
  • 可以充分的利用多核 cpu 的处理能力
缺点:
  • 多线程数据共享和访问比较复杂, reactor 处理所有的事件的监听和响应,在单线程运行,在高并发场景容易出现性能瓶颈.

四、主从 Reactor 多线程

1、工作原理示意图

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

2、方案说明

(1)Reactor 主线程 MainReactor 对象通过 select 监听连接事件, 收到事件后,通过 Acceptor 处理连接事件;

(2)当 Acceptor 处理连接事件后, MainReactor 将连接分配给 SubReactor;

(3)subreactor 将连接加入到连接队列进行监听,并创建 handler 进行各种事件处理;

(4)当有新事件发生时,subreactor 就会调用对应的 handler 处理;

(5)handler 通过 read 读取数据,分发给后面的 worker 线程处理;

(6)worker 线程池分配独立的 worker 线程进行业务处理,并返回结果;

(7)handler 收到响应的结果后,再通过 send 将结果返回给 client;

(8)Reactor 主线程可以对应多个 Reactor 子线程,即 MainReactor 可以关联多个 SubReactor;

Scalable IO in Java 对 Multiple Reactors 的原理图解:

3、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,父线程只需要接收新连接,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,Reactor 主线程只需要把新连接传给子线程,子线程无需返回数据。
缺点:
  • 编程复杂度很高

结合实例:这种模型在许多项目中广泛使用,包括 Nginx 主从 Reactor 多进程模型,Memcached 主从多线程,Netty 主从多线程模型的支持。

五、Reactor 模式小结

3 种模式用生活案例来理解

(1)单 Reactor 单线程,前台接待员和服务员是同一个人, 全程为顾客服;

(2)单 Reactor 多线程,1个前台接待员,多个服务员, 接待员只负责接待;

(3)主从 Reactor 多线程,多个前台接待员,多个服务生;

Reactor 模式具有如下的优点:

(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)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)扩展性好,可以方便的通过增加 Reactor 实例个数来充分利用 CPU 资源;

(4)复用性好,Reactor 模型本身与具体事件处理逻辑无关,具有很高的复用性;

 

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