服务器Reactor架构浅析(ACE、libev、NIO)

前端之家收集整理的这篇文章主要介绍了服务器Reactor架构浅析(ACE、libev、NIO)前端之家小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。

Reactor模式是一个架构模式,它主要解决的问题是高并发场景下的服务器的性能问题

原来的服务器与客户端的链接是一对一的,也就是说一个客户端socket接到后,对应一个线程去接收和处理,这种模式的好处,是思路很清晰,一个线程处理一个socket请求,但是这种太消耗线程资源,因为毕竟socket不是实时都有数据接入的。

例如网卡属于是典型的慢速设备,因此,如何能高效的利用一些模式,可以改变这种局面,这个时候Reactor模式就出来了:

上图就是基于socket的reactor模式,socket作为文件fd,被多路事件分离器监听,这个多路事件分离器一般就是指Select/poll这种IO多路复用的机制,select/poll将事件分离出来后,委托给反应器去寻找创建对应的事件处理器,当创建完成后,以后有socket事件进来,直接由select分离出来,交由对应的Handler去处理。

Reactor模式其实最初其实来源于 华盛顿大学 Douglas C.Schmdt的一篇论文,最初用于解决分布式日志系统存在慢速设备的问题。论文中的类图如下:

标准的Reactor模式图一共有5个角色:
1、描述符(handle):
由操作系统提供,用于识别每一个事件,如Socket描述符、文件描述符fd等。在Linux中,它用一个整数来表示。
事件可以来自外部,如来自客户端的连接请求、数据等。事件也可以来自内部,如定时器事件。

2、同步事件分离器(demultiplexer):

是一个函数,用来等待一个或多个事件的发生。调用者会被阻塞,直到分离器分离的描述符集上有事件发生。
Linux的select/poll/epoll函数是一个经常被使用的分离器。

3、事件处理器接口(event handler):

是由一个或多个模板函数组成的接口。这些模板函数描述了和应用程序相关的对某个事件的操作。

4、具体的事件处理器:

是事件处理器接口的实现。它实现了应用程序提供的某个服务。也就是libev中的回调函数callback函数
每个具体的事件处理器总和一个描述符相关。它使用描述符来识别事件、识别应用程序提供的服务。

5、Reactor 管理器(reactor):

定义了一些接口,用于应用程序控制事件调度,以及应用程序注册删除事件处理器和相关的描述符。它是事件处理器的调度核心。(如libev中的loop)
Reactor管理器使用同步事件分离器来等待事件的发生。
一旦事件发生,Reactor管理器先是分离每个事件,然后调度事件处理器,最后调用相关的模 板函数来处理这个事件。

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其实对Reactor实现的最好实现在C++的ACE框架上,ACE框架用于替代传统socket这种编程方式的,提供了很多封装的模式的框架,其中有一个模式,就叫Reactor框架。

上述的几个角色,在Reactor框架都有非常明确的对应关系,但是ACE的整体类图和Reactor还略有区别,加了一些基于时间的事件调度的内容
Reactor对应的就是ACE的Reactor,负责handler注册,和整个Reactor模式的管控;
具体的事件源,也就是handle,其实也就是对应的fd,和socket的文件描述符等事件产生源;
多路复用事件分离器,其实就是操作系统中的select,poll等机制
Event Handler接口就是对应的事件接口,ACE将这个Reactor的接口标准化了,供应用自己去实现自己的Event Handler;
Application Event Handler是对应的应用的事件Handler,继承自Event Handler接口;
对于ACE Reactor框架,还提供了诸如定时任务队列等的支持功能可谓非常强大。
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在Java中,其实大家都非常比较清楚了,NIO其实也比较类似Reactor模式。

Selector可以理解为操作系统底层映射到java API层级的一个多路复用事件的分离器。 SelectionKey其实就是对应的事件,如socket read,socket listen,accept等等。 当对应的事件触发之后,NIO需要你自己针对于SelectionKey中的事件进行if else的判断,而这部分就没有用到Handler, 当然,如ServerSocketChannel,FileChannel对应的事件就那么几个,完全自己可以封装一个完美的Reactor框架。 ///////////////////////////////////////////// 在我们的libev事件驱动的网络库来说,上述reactor模型的5个角色也都有很明显的对应,类似c++的ACE框架。 ////////////////////////////////////////////////// 总结一下,Reactor模式产生的年头较早,它最初解决的问题是一客户端连接一线程模型中,针对于慢速客户端如打印机等的线程时间片的浪费问题, 后期逐渐演变为服务器前端架构模式,ACE,libev,JAVA的NIO都是基于Reactor的实现案例。

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