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Reactor和Proactor

反應器設計模式(Reactor pattern)是一種為處理服務請求併發 提交到一個或者多個服務處理程式的事件設計模式。當請求抵達後,服務處理程式使用解多路分配策略,然後同步地派發這些請求至相關的請求處理程式。

The reactor design pattern is an event handling pattern for handling service requests delivered concurrently to a service handler by one or more inputs. The service handler then demultiplexes the incoming requests and dispatches them synchronously to the associated request handlers. --GoF

 

1、標準定義

兩種I/O多路複用模式:Reactor和Proactor。一般地,I/O多路複用機制都依賴於一個事件多路分離器(Event Demultiplexer)。分離器物件可將來自事件源的I/O事件分離出來,並分發到對應的read/write事件處理器(Event Handler)。開發人員預先註冊需要處理的事件及其事件處理器(或回撥函式);事件分離器負責將請求事件傳遞給事件處理器。

兩個與事件分離器有關的模式是Reactor和Proactor。Reactor模式採用同步IO,而Proactor採用非同步IO。

在Reactor中,事件分離器負責等待檔案描述符或socket為讀寫操作準備就緒,然後將就緒事件傳遞給對應的處理器,最後由處理器負責完成實際的讀寫工作。

而在Proactor模式中,處理器或者兼任處理器的事件分離器,只負責發起非同步讀寫操作。IO操作本身由作業系統來完成,傳遞給作業系統的引數需要包括使用者定義的資料緩衝區地址和資料大小,
作業系統才能從中得到寫出操作所需資料,或寫入從socket讀到的資料。事件分離器捕獲IO操作完成事件,然後將事件傳遞給對應處理器。比如,在windows上,處理器發起一個非同步IO操作,再由事件分離器等待IOCompletion事件。

典型的非同步模式實現,都建立在作業系統支援非同步API的基礎之上,我們將這種實現稱為“系統級”非同步或“真”非同步,因為應用程式完全依賴作業系統執行真正的IO工作。

舉個例子,將有助於理解Reactor與Proactor二者的差異,以讀操作為例(類操作類似)。

在Reactor中實現讀:

  • 註冊讀就緒事件和相應的事件處理器
  • 事件分離器等待事件
  • 事件到來,啟用分離器,分離器呼叫事件對應的處理器。
  • 事件處理器完成實際的讀操作,處理讀到的資料,註冊新的事件,然後返還控制權。

與如下Proactor(真非同步)中的讀過程比較:

  • 處理器發起非同步讀操作(注意:作業系統必須支援非同步IO)。在這種情況下,處理器無視IO就緒事件,它關注的是完成事件。
  • 事件分離器等待操作完成事件
  • 在分離器等待過程中,作業系統利用並行的核心執行緒執行實際的讀操作,並將結果資料存入使用者自定義緩衝區,最後通知事件分離器讀操作完成。
  • 事件分離器呼喚處理器。
  • 事件處理器處理使用者自定義緩衝區中的資料,然後啟動一個新的非同步操作,並將控制權返回事件分離器。

兩個模式的相同點,都是對某個IO事件的事件通知(即告訴某個模組,這個IO操作可以進行或已經完成)。
在結構上,兩者也有相同點:demultiplexor負責提交IO操作(非同步)、查詢裝置是否可操作(同步),然後當條件滿足時,就回調handler;

不同點在於,非同步情況下(Proactor),當回撥handler時,表示IO操作已經完成;同步情況下(Reactor),回撥handler時,表示IO裝置可以進行某個操作(can read or can write),handler這個時候開始提交操作。

2、通俗理解
使用Proactor框架和Reactor框架都可以極大的簡化網路應用的開發,但它們的重點卻不同。

Reactor框架中使用者定義的操作是在實際操作之前呼叫的。比如你定義了操作是要向一個SOCKET寫資料,那麼當該SOCKET可以接收資料的時候,你的操作就會被呼叫;
而Proactor框架中使用者定義的操作是在實際操作之後呼叫的。比如你定義了一個操作要顯示從SOCKET中讀入的資料,那麼當讀操作完成以後,你的操作才會被呼叫。

Proactor和Reactor都是併發程式設計中的設計模式。在我看來,他們都是用於派發/分離IO操作事件的。這裡所謂的IO事件也就是諸如read/write的IO操作。"派發/分離"就是將單獨的IO事件通知到上層模組。兩個模式不同的地方在於,Proactor用於非同步IO,而Reactor用於同步IO。