抽丝剥茧Reactor模式
今天在看书的时候看到了一个新的设计模式——Reactor模式,这个模式是出现在NIO中,至于这到底是个什么模式,今天我们来细说一下。
一、是什么
1、概念
reactor设计模式,是一种基于事件驱动的设计模式。Reactor框架是ACE各个框架中最基础的一个框架,其他框架都或多或少地用到了Reactor框架。
在事件驱动的应用中,将一个或多个客户的服务请求分离(demultiplex)和调度(dispatch)给应用程序。在事件驱动的应用中,同步地、有序地处理同时接收的多个服务请求。
reactor模式与外观模式有点像。不过,观察者模式与单个事件源关联,而反应器模式则与多个事件源关联 。当一个主体发生改变时,所有依属体都得到通知。
2、优点
1)响应快,不必为单个同步时间所阻塞,虽然Reactor本身依然是同步的;
2)编程相对简单,可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题,并且避免了多线程/进程的切换开销;
3)可扩展性,可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源;
4)可复用性,reactor框架本身与具体事件处理逻辑无关,具有很高的复用性;
3、缺点
1)相比传统的简单模型,Reactor增加了一定的复杂性,因而有一定的门槛,并且不易于调试。
2)Reactor模式需要底层的Synchronous Event Demultiplexer支持,比如Java中的Selector支持,操作系统的select系统调用支持,如果要自己实现Synchronous Event Demultiplexer可能不会有那么高效。
3) Reactor模式在IO读写数据时还是在同一个线程中实现的,即使使用多个Reactor机制的情况下,那些共享一个Reactor的Channel如果出现一个长时间的数据读写,会影响这个Reactor中其他Channel的相应时间,比如在大文件传输时,IO操作就会影响其他Client的相应时间,因而对这种操作,使用传统的Thread-Per-Connection或许是一个更好的选择,或则此时使用Proactor模式。
二、架构模式
1、架构图
2、构成
Handles :表示操作系统管理的资源,我们可以理解为fd。
Synchronous Event Demultiplexer :同步事件分离器,阻塞等待Handles中的事件发生。
Initiation Dispatcher :初始分派器,作用为添加Event handler(事件处理器)、删除Event handler以及分派事件给Event handler。也就是说,Synchronous Event Demultiplexer负责等待新事件发生,事件发生时通知Initiation Dispatcher,然后Initiation Dispatcher调用event handler处理事件。
Event Handler :事件处理器的接口
Concrete Event Handler :事件处理器的实际实现,而且绑定了一个Handle。因为在实际情况中,我们往往不止一种事件处理器,因此这里将事件处理器接口和实现分开,与C++、Java这些高级语言中的多态类似。
3、模块交互
1)我们注册Concrete Event Handler到Initiation Dispatcher中。
2)Initiation Dispatcher调用每个Event Handler的get_handle接口获取其绑定的Handle。
3)Initiation Dispatcher调用handle_events开始事件处理循环。在这里,Initiation Dispatcher会将步骤2获取的所有Handle都收集起来,使用Synchronous Event Demultiplexer来等待这些Handle的事件发生。
4)当某个(或某几个)Handle的事件发生时,Synchronous Event Demultiplexer通知Initiation Dispatcher。
5)Initiation Dispatcher根据发生事件的Handle找出所对应的Handler。
6)Initiation Dispatcher调用Handler的handle_event方法处理事件。
三、代码注释
package com.linxcool.reactor; import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set; /** * 反应器模式 * 用于解决多用户访问并发问题 * * 举个例子:餐厅服务问题 * * 传统线程池做法:来一个客人(请求)去一个服务员(线程) * 反应器模式做法:当客人点菜的时候,服务员就可以去招呼其他客人了,等客人点好了菜,直接招呼一声“服务员” * * @author linxcool */
public class Reactor implements Runnable{ public final Selector selector; public final ServerSocketChannel serverSocketChannel; public Reactor(int port) throws IOException{ selector=Selector.open(); serverSocketChannel=ServerSocketChannel.open(); InetSocketAddress inetSocketAddress=new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),port); serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress); serverSocketChannel.configureBlocking(false); //向selector注册该channel SelectionKey selectionKey=serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); //利用selectionKey的attache功能绑定Acceptor 如果有事情,触发Acceptor selectionKey.attach(new Acceptor(this)); } @Override public void run() { try { while(!Thread.interrupted()){ selector.select(); Set<SelectionKey> selectionKeys= selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> it=selectionKeys.iterator(); //Selector如果发现channel有OP_ACCEPT或READ事件发生,下列遍历就会进行。 while(it.hasNext()){ //来一个事件 第一次触发一个accepter线程 //以后触发SocketReadHandler SelectionKey selectionKey=it.next(); dispatch(selectionKey); selectionKeys.clear(); } } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } /** * 运行Acceptor或SocketReadHandler * @param key */ void dispatch(SelectionKey key) { Runnable r = (Runnable)(key.attachment()); if (r != null){ r.run(); } } }
package com.linxcool.reactor; import java.io.IOException;
import java.nio.channels.SocketChannel; public class Acceptor implements Runnable{ private Reactor reactor; public Acceptor(Reactor reactor){ this.reactor=reactor; } @Override public void run() { try { SocketChannel socketChannel=reactor.serverSocketChannel.accept(); if(socketChannel!=null)//调用Handler来处理channel new SocketReadHandler(reactor.selector, socketChannel); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }
}
package com.linxcool.reactor; import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel; public class SocketReadHandler implements Runnable{ private SocketChannel socketChannel; public SocketReadHandler(Selector selector,SocketChannel socketChannel) throws IOException{ this.socketChannel=socketChannel; socketChannel.configureBlocking(false); SelectionKey selectionKey=socketChannel.register(selector, 0); //将SelectionKey绑定为本Handler 下一步有事件触发时,将调用本类的run方法。 //参看dispatch(SelectionKey key) selectionKey.attach(this); //同时将SelectionKey标记为可读,以便读取。 selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ); selector.wakeup(); } /** * 处理读取数据 */ @Override public void run() { ByteBuffer inputBuffer=ByteBuffer.allocate(1024); inputBuffer.clear(); try { socketChannel.read(inputBuffer); //激活线程池 处理这些request //requestHandle(new Request(socket,btt)); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }
}
总结:
reactor模式是javaNIO非堵塞技术的实现原理,我们不仅要知道其原理流程,还要知道其代码实现,当然这个reactor模式不仅仅在NIO中实现,而且在redies等其他地方也出现过,说明这个模式还是比较实用的,尤其是在多线程高并发的情况下使用。
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