高性能网络模式-Reactor

事实上,Reactor 模式也叫Dispatcher模式,即I/O 多路复⽤监听事件,收到事件后,根据事件类型分配(Dispatch)给某个进程/线程。Reactor 模式也是一种非阻塞同步网络模式。

Reactor 模式主要由 Reactor部分处理事件部分这两个核⼼部分组成,它俩负责的事情如下:

  • Reactor部分负责监听和分发事件,事件类型包含连接事件、读写事件;
  • 处理事件部分负责处理事件,如 read -> 业务逻辑 -> send

Reactor 模式是灵活多变的,可以应对不同的业务场景,灵活在于:

  • Reactor 的数量可以只有⼀个,也可以有多个;
  • 处理事件部分可以是单个进程/线程,也可以是多个进程/线程

单Reactor单进程/线程

方案示意图

其中:

  1. Reactor对象用于监听所有的套接字以及按事件类型分发给不同对象。
  2. Acceptor对象用于listen套接字事件发生后的建立新连接。
  3. Hander对象用于普通套接字事件发生后处理对应的业务。

💡具体思想我们可以理解为:

  • Reactor 对象通过IO 多路复⽤接⼝监听事件,收到事件后通过 dispatch 进⾏分发,具体分发给 Acceptor 对象还是 Handler 对象,还要看收到的事件类型;
  • 如果是连接建⽴的事件,则交由 Acceptor 对象进⾏处理,Acceptor 对象会通过 accept⽅法 获取连接,并创建⼀个 Handler 对象来处理后续的响应事件;
  • 如果不是连接建⽴事件, 则交由当前连接对应的 Handler 对象来进⾏响应;Handler 对象通过 read -> 业务处理 -> send 的流程来完成完整的业务流程。

该方案的缺点:

  1. 因为是单进程,所以无法充分利用多核CPU性能。
  2. Hander对象在处理业务的时候,整个进程是无法处理其他连接的事件的,如果业务处理耗时比较长的话,会造成响应的延迟,因此适用于业务处理快速的场景,比如Redis

单Reactor多进程/线程

方案示意图:

相比与单进程:

  1. Hander对象不再负责业务的处理逻辑,只负责数据的接收和发送。
  2. 添加了线程池方案,将对应的要处理的业务逻辑交由线程池中的线程处理。

💡方案思想:

  1. Reactor 对象通过多路复用监听事件,收到事件后通过 dispatch 进⾏分发,具体分发给 Acceptor 对象还是 Handler 对象,还要看收到的事件类型;
  2. 如果是连接建⽴的事件,则交由 Acceptor 对象进⾏处理,Acceptor 对象会通过 accept⽅法 获取连接,并创建⼀个 Handler 对象来处理后续的响应事件;
  3. 如果不是连接建⽴事件, 则交由当前连接对应的 Handler 对象来进⾏响应;
  4. Handler 对象不再负责业务处理,只负责数据的接收和发送,Handler 对象通过 read 读取到数据后,会将数据发给线程池中的空闲⼦线程⾥的 Processor 对象进⾏业务处理;
  5. ⼦线程⾥的 Processor 对象就进⾏业务处理,处理完后,将结果发给主线程中的 Handler对象,接着由 Handler 通过 send ⽅法将响应结果发送给 client;

多线程的方案优势在于能够充分利用多核CPU的性能,但是引入了多线程,自然也带来了多线程资源竞争的问题。

多Reactor多进程/线程

单 Reactor的模式还有个问题,因为⼀个 Reactor 对象承担所有事件的监听和分发,⽽且只在主线程中运⾏,在⾯对瞬间⾼并发的场景时,容易成为性能的瓶颈的地⽅

那我们此时会想到什么?不错!再引入Reactor

示意图:

相比于单Reactor的改进:

  1. 通过将需要监听的套接字分布在多个Reactor上,从而减轻主线程主Reactor的负担。
  2. 主线程的Reactor对象只负责监听listen套接字并建立新连接。

💡方案思想:

  1. 主线程中的 MainReactor 对象通过 select 监控连接建⽴事件,收到事件后通过 Acceptor对象中的 accept 获取连接,将新的连接分配给某个子线程
  2. ⼦线程中的 SubReactor 对象将 MainReactor 对象分配的连接加⼊ select 继续进⾏监听,并创建⼀个 Handler ⽤于处理连接的响应事件;
  3. 如果有新的事件发⽣时,SubReactor 对象会调⽤当前连接对应的 Handler 对象来进⾏响应;
  4. Handler 对象通过 read -> 业务处理 -> send 的流程来完成完整的业务流程;

⭐️⭐️⭐️优点

  • 主线程和⼦线程分⼯明确,主线程只负责接收新连接并将新连接交给子线程,⼦线程负责完成该连接后续的监听和业务处理
  • 主线程和⼦线程的交互很简单,主线程只需要把新连接传给⼦线程,⼦线程⽆须返回数据,直接就可以在⼦线程将处理结果发送给客户端。
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