Reactor 典型的 NIO 編程模型

阿新 • • 發佈：2019-04-17

conn 觸發其他運用 scala cto wiki 處理流程 handler

Doug Lea 在 Scalable IO in Java 的 PPT 中描述了 Reactor 編程模型的思想，大部分 NIO 框架和一些中間件的 NIO 編程都與它一樣或是它的變體。本文結合 PPT 按照自己的理解整理而來，最終編寫了一個簡單的 NIO 回顯服務。

Reactor 之所以高效是因為采用了分而治之和事件驅動的設計。大部分網絡服務像 Web 服務器、分布式對象的通信等大多數具有相同的基本處理流程：

傳統的服務器設計是：一連接一處理線程，也就是我們常說的 BIO 編程。BIO 在讀取和發送時是阻塞的，在請求的整個生命周期內，不管有沒有數據可讀或待發送，都綁定和占用

了這個處理線程。

傳統模型中，線程的處理單元是一次完整的請求，為了把線程解放出來，Reactor 對這個處理單元進行了分解。

1. 分而治之

Reactor 模式將處理過程分為多個小任務，每個任務執行一個非阻塞的操作，任務通常由一個 IO 事件觸發執行。這種機制在 java.nio 中提供了支持：

BIO 線程是以 read->decode->process->encode->send 的順序串行處理，NIO 將其分成了三個執行單元：讀取、業務處理和發送，處理過程如下：

可以看出一個明顯的區別就是，一次請求的處理過程是由多個不同的線程完成的，感覺和指令的串行執行和並行執行有點類似。

分而治之的關鍵在於非阻塞，這樣就能充分利用線程，壓榨 CPU，提高系統的吞吐能力。

通常比其他模型更高效，它使用的資源更少，不用針對每個請求啟用一條線程，減少了上下文切換，減少阻塞。但任務調度可能會慢，必須手動將事件和處理動作綁定。

通常編程比較困難，它必須為服務設計多個邏輯狀態，以便跟蹤和中斷恢復，這也是在非阻塞編程中有大量狀態機運用的原因。

NIO 中總共設計了 4 種事件，每個事件發生都會調度關聯的任務，分別是：

java.nio 對事件驅動也提供了支持：

Reactor 是一種設計模式，wikipedia 對其定義如下：

Reactor 是一個或多個輸入事件的處理模式，用於處理並發傳遞給服務處理程序的服務請求。服務處理程序判斷傳入請求發生的事件，並將它們同步的分派給關聯的請求處理程序。

Reactor 模式按照職責不同，通常可以把線程分為 Reactor 線程、IO 線程和業務線程：

PPT 中介紹了三種版本的實現。

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單線程版本就是用一個線程完成事件的通知、實際的 I/O 操作和業務處理。Reactor 作用就是要迅速的觸發 Handler ，顯然 Handler 處理的過程會導致 Reactor 變慢，此時可以將非 IO 操作從 Reactor 線程中分離。

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多線程版本將業務處理和 I/O 操作進行分離，Reactor 線程只關註事件分發和實際的 IO 操作，業務處理如協議的編解碼都分配給線程池處理。可能會有這樣的情況發生，業務處理很快，大部分的 Reactor 線程都在處理 IO，導致 CPU 閑置，降低了響應速度。

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主從 Reactor 版本設計了一個 主Reactor 用於處理連接接收事件，多個 從Reactor 處理實際的 I/O，分工合作，匹配 CPU 和 IO 速率。

以上的三個版本中，Reactor 線程都參與了 IO 操作，有一種變體是把實際的 IO 操作也轉移到線程池線程中，這樣從數據的讀取到業務的處理都是由一個線程完成，可以避免鎖的競爭。

看的再多都不如手動寫一個，哪怕找個例子抄一遍也行。這裏對 PPT 中介紹的3個版本實現了一個簡單的回顯服務，內部有比較詳細的代碼註釋。

源碼地址：https://github.com/tonwu/reactor

Reactor 典型的 NIO 編程模型

conn 觸發其他運用 scala cto wiki 處理流程 handler Doug Lea 在 Scalable IO in Java 的 PPT 中描述了 Reactor 編程模型的思想，大部分 NIO 框架和一些中間件的 NIO 編程都與它一樣或是它的變體。