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libevent之Reactor模式詳解

轉自:http://blog.csdn.net/sparkliang/article/details/4957667

前面講到,整個libevent本身就是一個Reactor,因此本節將專門對Reactor模式進行必要的介紹,並列出libevnet中的幾個重要元件和Reactor的對應關係,在後面的章節中可能還會提到本節介紹的基本概念。

1 Reactor的事件處理機制

首先來回想一下普通函式呼叫的機制:程式呼叫某函式?函式執行,程式等待?函式將結果和控制權返回給程式?程式繼續處理。
Reactor釋義“反應堆”,是一種事件驅動機制。和普通函式呼叫的不同之處在於:應用程式不是主動的呼叫某個API完成處理,而是恰恰相反,Reactor逆置了事件處理流程,應用程式需要提供相應的介面並註冊到Reactor上,如果相應的時間發生,Reactor將主動呼叫應用程式註冊的介面,這些介面又稱為“回撥函式”。使用Libevent也是想Libevent框架註冊相應的事件和回撥函式;當這些時間發聲時,Libevent會呼叫這些回撥函式處理相應的事件(I/O讀寫、定時和訊號)。
    用“好萊塢原則”來形容Reactor再合適不過了:不要打電話給我們,我們會打電話通知你。
    舉個例子:你去應聘某xx公司,面試結束後。
“普通函式呼叫機制”公司HR比較懶,不會記你的聯絡方式,那怎麼辦呢,你只能面試完後自己打電話去問結果;有沒有被錄取啊,還是被據了;

“Reactor”公司HR就記下了你的聯絡方式,結果出來後會主動打電話通知你:有沒有被錄取啊,還是被據了;你不用自己打電話去問結果,事實上也不能,你沒有HR的留聯絡方式。

2 Reactor模式的優點

Reactor模式是編寫高效能網路伺服器的必備技術之一,它具有如下的優點:
    1)響應快,不必為單個同步時間所阻塞,雖然Reactor本身依然是同步的;
    2)程式設計相對簡單,可以最大程度的避免複雜的多執行緒及同步問題,並且避免了多執行緒/程序的切換開銷;
    3)可擴充套件性,可以方便的通過增加Reactor例項個數來充分利用CPU資源;
    4)可複用性,reactor框架本身與具體事件處理邏輯無關,具有很高的複用性;

3 Reactor模式框架

    使用Reactor模型,必備的幾個元件:事件源、Reactor框架、多路複用機制和事件處理程式,先來看看Reactor模型的整體框架,接下來再對每個元件做逐一說明。
 components

 

1) 事件源
Linux上是檔案描述符,Windows上就是Socket或者Handle了,這裡統一稱為“控制代碼集”;程式在指定的控制代碼上註冊關心的事件,比如I/O事件。

2) event demultiplexer——事件多路分發機制
由作業系統提供的I/O多路複用機制,比如select和epoll。
    程式首先將其關心的控制代碼(事件源)及其事件註冊到event demultiplexer上;
當有事件到達時,event demultiplexer會發出通知“在已經註冊的控制代碼集中,一個或多個控制代碼的事件已經就緒”;
    程式收到通知後,就可以在非阻塞的情況下對事件進行處理了。
對應到libevent中,依然是select、poll、epoll等,但是libevent使用結構體eventop進行了封裝,以統一的介面來支援這些I/O多路複用機制,達到了對外隱藏底層系統機制的目的。

3) Reactor——反應器
    Reactor,是事件管理的介面,內部使用event demultiplexer註冊、登出事件;並執行事件迴圈,當有事件進入“就緒”狀態時,呼叫註冊事件的回撥函式處理事件。
對應到libevent中,就是event_base結構體。
一個典型的Reactor宣告方式

  1. class Reactor  
  2. {  
  3. public:  
  4.     int register_handler(Event_Handler *pHandler, int event);  
  5.     int remove_handler(Event_Handler *pHandler, int event);  
  6.     void handle_events(timeval *ptv);  
  7.     // ...
  8. };  

4) Event Handler——事件處理程式
    事件處理程式提供了一組介面,每個介面對應了一種型別的事件,供Reactor在相應的事件發生時呼叫,執行相應的事件處理。通常它會繫結一個有效的控制代碼。
對應到libevent中,就是event結構體。
下面是兩種典型的Event Handler類宣告方式,二者互有優缺點。
  1. class Event_Handler  
  2. {  
  3. public:  
  4.     virtualvoid handle_read() = 0;  
  5.     virtualvoid handle_write() = 0;  
  6.     virtualvoid handle_timeout() = 0;  
  7.     virtualvoid handle_close() = 0;  
  8.     virtualHANDLE get_handle() = 0;  
  9.     // ...
  10. };  
  11. class Event_Handler  
  12. {  
  13. public:  
  14.     // events maybe read/write/timeout/close .etc
  15.     virtualvoid handle_events(int events) = 0;  
  16.     virtualHANDLE get_handle() = 0;  
  17.     // ...
  18. };  

4 Reactor事件處理流程

前面說過Reactor將事件流“逆置”了,那麼使用Reactor模式後,事件控制流是什麼樣子呢?
可以參見下面的序列圖。
 reactor sequences

5 小結

上面講到了Reactor的基本概念、框架和處理流程,對Reactor有個基本清晰的瞭解後,再來對比看libevent就會更容易理解了,接下來就正式進入到libevent的程式碼世界了,加油!