Reactor 线程模型
线程模型
不同的线程模型，对程序段的影响很大，先来看看各个线程模型。
目前存在的线程模型有：
- 传统阻塞I/O服务模型
- Reactor模型
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：
- 单Reactor-单线程
- 单Reactor-多线程
- 主从Reactor-多线程
传统阻塞IO服务模型
- 黄色框表示对象；蓝色框表示线程；灰色框表示方法（API）
模型特点：
- 采用阻塞IO模式获取输入的数据
- 每个连接都需要独立的线程完成数据的输入、业务处理、数据返回
问题分析：
- 并发很大时，就会创建大量线程，占用很大的系统资源
- 连接创建后，如果当前线程暂时没有数据可读，该线程会阻塞在read操作，造成线程资源浪费
Reactor线程模型
注意：Reactor不是一种设计模式，是一种线程模型。
引用一下Doug Lea（那是一位让人无限景仰的大师，Java中Concurrent并发包的重要作者之一）在文章《Scalable IO in Java》中对反应器模式的定义，具体如下：
- Reactor反应器线程的职责：负责响应IO事件，并且分发到Handlers处理器。
- Handlers处理器的职责：非阻塞地执行业务处理逻辑。
针对传统阻塞IO服务模型的2个缺点，解决方案如下：
- 基于IO复用模型：多个连接共用一个阻塞对象，应用程序只需在一个阻塞对象等待，无需阻塞等待所有连接。当某个连接有新的数据可以处理时，操作系统通知应用程序，线程从阻塞状态返回，开始进行业务处理。
- 基于线程池复用线程资源：不必再为每个连接创建线程，将连接完成后的业务处理任务分配给线程进行处理，一个线程可以处理多个连接的业务。
就是多路复用器的概念，一个线程上的 selector 只作监听 accept 事件，然后把连接分发到其他 worker 线程上的 selector 注册读事件，然后worker线程处理有限个连接的读。
Reactor 对应的叫法：
- 反应器模式
- 分发者模式（Dispatcher）
- 通知者模式（Notifier）
IO 多路复用结合线程池，就是 Reactor 模式的基本设计思想：
- Reactor 模式， 通过一个或多个输入同时传递给服务处理器（ServiceHandler）的模式（基于事件驱动）
- 服务器端程序处理客户端传来的多个请求，并将它们同步分派到相应的处理线程，因此 Reactor 模式也叫 Dispatcher 模式
- Reactor 模式使用IO多路复用监听事件，收到事件后，分发给某个线（进程），这点就是网络服务器高并发处理的关键
如图所示：
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该图只是 Reactor 整体的设计理念，具体到不同的实现（有三种实现）还会有微小的变化。
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右边的一个线程并不是只能处理一个客户端，可以对应多个客户端。
Reactor 模型中核心组成：
- Reactor: Reactor 在一个单独的线程中运行，负责监听和分发事件，分发给适当的处理程序来对IO事件做出反应。它就像公司的电话接线员，接听来自客户的电话并将线路转接给适当的联系人；
- Handlers: 处理程序执行IO事件要完成的实际事件，类似于客户想要与之交谈的公司中的实际官员。Reactor 通过调度适当地处理程序来响应I/O事件，处理程序执行非阻塞操作。
- 个人理解：Reactor 模式其实就是将 NIO 原来的组件抽象成成新的组件（Reactor、Acceptor、Handler），每个组件在原来NIO的API基础上加了一些功能，分别负责不同的功能，各司其职，比如 Reactor 就包括NIO的select，但是又提供了分发（dispatch）功能。Handler 负责具体的读写等业务处理，在NIO中没有看到Handler，但是其实可以将 NIO 中负责处理业务逻辑的代码封装成 Handler。
- Reactor 又称分发模式，说到这有人联想到 SpringMVC 的 DispatcherServlet，其作用就是相当于一个分发器，作用是统筹管理，根据请求类型的不同进行相应的分发。
单Reactor-单线程
方案说明：
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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；
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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；
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如果是建立连接请求事件，则由 Aceptor 通过 accept 处理连接请求，然后创建一个 Handler 对象进行连接完成后的后续业务处理；
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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；
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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完成所有的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（群聊系统）就属于这种模型。
方案优缺点分析：
- 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1：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；
- 缺点2：可靠性问题，线程意外终止，或进入死循环，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0(1)的情况
单Reactor-多线程
方案说明：
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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；
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如果建立连接请求，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；
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如果不是连接请求，则由 Reactor 分发调用连接对应的 Handler 来处理；
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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;
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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；
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Handler 收到响应后，通过 send 将结果返回给 Client。
方案优缺点分析：
- 优点：可充分利用多核CPU处理能力；
- 缺点：多线程数据共享和访问比较复杂，Reactor 处理所有的事件监听和响应，在单线程运行，在高并发应用场景容易出现性能瓶颈。
主从Reactor-多线程
主从Reactor-多线程相当于将原来的Reactor主线程又分成了两部分，系统的复杂度进一步提升。
方案说明：
- 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；
- 当 Acceptor 处理连接事件后，MainReactor 将连接分配给 SubReactor；
- 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；
- 当有新事件发生时，SubReactor 就会调用对应的 Handler 进行处理；
- Handler 通过 read 读取数据，分发给后面的 Worker 线程进行处理；
- Worker 线程池分配独立的 Worker 线程进行业务处理，并返回结果；
- Handler 收到响应的结果后，再通过 send 将结果返回给 Client；
- Reactor 主线程可以对应多个 Reactor 子线程，即 MainRecator 可以关联多个 SubReactor。
主从Reactor-多线程方案优缺点分析：
- 优点1：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；
- 优点2：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：编程复杂度较高。
集合实例：该模型在许多项目中广泛使用，包括 Nginx 主从 Reactor 多线程模型，Memcached 主从多线程，Netty 主从多线程模型的支持。
3种模型用生活案例来理解
- 单 Reactor 单线程，前台接待员和服务员是同一个人，全程为顾客服务；
- 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；
- 主从 Reactor 多线程，多个前台接待员，多个服务员。
Reactor模式具有如下优点
- 响应快，不必为单个同步事件所阻塞，虽然Reactor本身仍是同步的（因为Reactor下面有多个subReactor，所以当一个subReactor阻塞还可以调用其他的subReactor）；
- 可以最大地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；
- 扩展性好，可以方便地通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源；
- 复用性好，Reactor模型本身与具体时间处理逻辑无关，具有很高的复用性。
