设计思想之 Reactor 和 Proactor - Lua 示例

简介

Reactor 和 Proactor 是两种常见的网络编程模型，它们在事件处理和IO操作上有所不同。

Reactor 模型中，事件驱动的编程风格基于回调函数机制，应用程序需要注册一个或多个事件，然后等待事件发生。一旦事件发生，应用程序会收到通知，然后进行相应的处理。Reactor 模型中的事件处理是同步的，即事件发生时，应用程序需要立即处理事件，否则会阻塞其他事件的处理。

Proactor 模型中，事件驱动的编程风格基于异步操作和回调函数机制。应用程序不需要等待事件发生，而是通过调用异步IO操作来注册事件，并指定一个回调函数来处理事件。当IO操作完成时，操作系统会调用回调函数，通知应用程序事件已经完成。Proactor模型中的事件处理是异步的，即应用程序不需要立即处理事件，可以在处理完其他事件后再进行处理。

在具体实现上，Reactor 模型通常使用 select、poll、epoll 等系统调用来等待事件发生，然后进行事件处理，而 Proactor 模型通常使用异步IO操作和线程池等机制来实现异步事件处理。

总的来说，Reactor模型适合于处理并发连接较少、处理逻辑简单的情况，而Proactor模型适合于处理并发连接较多、处理逻辑较为复杂的情况。

Reactor 示例

local socket = require("socket")

function handle_event(sock)
    local data = sock:receive(1024)
    if data then
        print('Received data:', data)
    else
        print('Connection closed')
        sock:close()
    end
end

function run_reactor()
    local server_sock = assert(socket.bind('127.0.0.1', 8000))
    local inputs = {server_sock}

    while true do
        local readable, _, _ = socket.select(inputs, nil)
        for _, sock in ipairs(readable) do
            if sock == server_sock then
                local client_sock = assert(server_sock:accept())
                table.insert(inputs, client_sock)
            else
                handle_event(sock)
            end
        end
    end
end

在 Reactor 模型的代码中，我们使用了 LuaSocket 库中的 select 函数来等待事件，等待事件的文件描述符集合由 inputs 数组存储。在主循环中，我们使用 select 函数来等待 inputs 中的文件描述符上是否有可读事件发生，如果有，则进行相应的处理。如果可读事件是服务器 socket 上的事件，则说明有新的客户端连接请求到来，我们需要调用 accept 函数来接受连接并将客户端 socket 添加到 inputs 数组中，以便后续处理。如果可读事件是客户端 socket 上的事件，则我们需要调用 receive 函数来读取客户端发送的数据，并进行相应的处理。

Reactor 模型的优点在于它的实现比较简单，适用于处理并发连接较少的情况。但是，它的缺点是当并发连接较多时，使用 select 等函数来等待事件会导致效率下降，因为这些函数在等待期间会阻塞整个程序。

Proactor 示例

local socket = require("socket")

function handle_event(reader, writer)
    local data = reader:receive(1024)
    if data then
        print('Received data:', data)
    else
        print('Connection closed')
        writer:close()
    end
end

function run_proactor()
    local server = assert(socket.bind('127.0.0.1', 8000))

    local function handle_client(reader, writer)
        handle_event(reader, writer)
    end

    while true do
        local client, err = server:accept()
        if client then
            socket.starttls(client, {server = true}, handle_client)
        else
            print('Error accepting client:', err)
        end
    end
end

在 Proactor 模型的代码中，我们使用了 LuaSocket 库中的 starttls 函数来异步处理客户端连接。starttls 函数会在接受到客户端连接请求后，创建一个新的协程来处理客户端 socket，这个协程会异步调用 handle_event 函数来处理客户端 socket 上的数据读取和处理。handle_event 函数使用 receive 函数来读取客户端发送的数据，并进行相应的处理。

Proactor 模型的优点在于能够处理并发连接较多的情况，因为它使用异步 IO 操作来实现事件处理，这样在处理 IO 操作的同时，其他的事件也可以被处理。但是，Proactor 模型的实现比较复杂，需要使用协程或者线程池等机制来实现异步 IO 操作。

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这里需要注意一点，要想保证客户端请求的有序性，需要保证客户端与服务器始终使用同一个连接来请求。在 Reactor 模型中，由于每个连接只有一个事件处理线程，因此事件的处理是串行的，可以保证事件的顺序。在 Proactor 模型中，虽然使用了异步 IO 操作，但是同一个连接中的事件处理仍然是在同一个协程或线程中进行的，因此也可以保证事件的顺序。
如果使用了多个连接来处理同一个客户端的请求，那么事件的顺序就是不可预期的了。