思维导图

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一、Reactor模式介绍

本文主要参考Doug Lea(大神)的“Scalable IO in Java”中讲述的Reactor模式。

原文地址:http://gee.cs.oswego.edu/dl/cpjslides/nio.pdf

有兴趣的可以看看这本书,受益匪浅!

1.1 什么是Reactor模式

Reactor模式一般翻译成”反应器模式“,也有人称为”分发者模式“。它是将客户端请求提交到一个或者多个服务处理程序的设计模式。工作原理是由一个线程来接收所有的请求,然后派发这些请求到相关的工作线程中

1.2 为什么使用Reactor模式

在java中,没有NIO出现之前都是使用socket编程。socket的接收请求是阻塞的,需要处理完一个请求才能处理下一个请求,所以在面对高并发的服务请求时,性能就会很差。

那有人就会说使用多线程(如下图所示)。接收到一个请求,就创建一个线程处理,这样就不会阻塞了。实际上这样的确是可以在提升性能上起到一定的作用,但是当请求很多的时候,就会创建大量的线程,维护线程需要资源的消耗,线程之间的切换也需要消耗性能。而且系统创建线程的数量也是有限的,所以当高并发时,会直接把系统拖垮。
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由于以上的问题,提出了Reactor模式。

基于Java,Doug Lea(Java并发包作者)提出了三种形式,单Reactor单线程,单Reactor多线程和多Reactor多线程

二、Reactor模式的演进过程

在介绍三种Reactor模式前,先简单地说明三个角色:

Reactor:负责响应事件,将事件分发到绑定了对应事件的Handler,如果是连接事件,则分发到Acceptor。

Handler:事件处理器。负责执行对应事件对应的业务逻辑。

Acceptor:绑定了 connect 事件,当客户端发起connect请求时,Reactor会将accept事件分发给Acceptor处理。

2.1 单Reactor单线程

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工作流程

只有一个select循环接收请求,客户端(client)注册进来由Reactor接收注册事件,然后再由reactor分发(dispatch)出去,由下面的处理器(Handler)去处理。

通俗解释

一个餐厅里只有一个既是前台也是服务员的人,负责接待客人,也负责把客人点的菜下达给厨师。

单Reactor单线程的特点

单线程的问题实际上是很明显的。只要其中一个Handler方法阻塞了,那就会导致所有的client的Handler都被阻塞了,也会导致注册事件也无法处理,无法接收新的请求。所以这种模式用的比较少,因为不能充分利用到多核的资源。

这种模式仅仅只能处理Handler比较快速完成的场景。

2.2 单Reactor多线程

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工作流程

单Reactor多线程中,注册接收事件都是由Reactor来做,其它的计算,编解码由一个线程池来做。从图中可以看出工作线程是多线程的,监听注册事件的Reactor还是单线程。

通俗解释

相当于餐厅里有一个前台,多个服务员。前台只负责接待客人,服务员只负责服务客人。

单Reactor多线程的特点

对比单Reactor单线程模型,多线程Reactor模式在Handler读写处理时,交给工作线程池处理,不会导致Reactor无法执行,因为Reactor分发和Handler处理是分开的,能充分地利用资源。从而提升应用的性能。

缺点:
Reactor只在主线程中运行,承担所有事件的监听和响应,如果短时间的高并发场景下,依然会造成性能瓶颈。

2.3 多Reactor多线程

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工作流程

1、mainReactor负责监听客户端请求,专门处理新连接的建立,将建立好的连接注册到subReactor。
2、subReactor 将分配的连接加入到队列进行监听,当有新的事件发生时,会调用连接相对应的Handler进行处理。

通俗解释

相当于餐厅里有多个前台和多个服务员,前台只负责接待客人,服务员只负责服务客人。

多Reactor多线程的特点

mainReactor 主要是用来处理客户端请求连接建立的操作。
subReactor主要做和建立起来的连接做数据交互和事件业务处理操作,每个subReactor一个线程来处理。

这样的模型使得每个模块更加专一,耦合度更低,能支持更高的并发量。许多框架也使用这种模式,比如接下来要讲的Netty框架就采用了这种模式。

三、在Netty中的应用

Netty可谓是框架中精品中的极品,要用一张图或者一段话来总结概括不太可能,所以下面我仅分析一下Netty框架的架构模型。在下一篇文章再继续深入探究Netty。
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这个架构实际上跟多Reactor多线程模型比较像。

1、BossGroup相当于mainReactor,负责建立连接并且把连接注册到WorkGroup中。WorkGroup负责处理连接对应的读写事件。

2、BossGroup和WorkGroup是两个线程池,里面有多个NioEventGroup(实际上是线程),默认BossGroup和WorkGroup里的线程数是cpu核数的两倍(源码中有体现)。

3、每一个NioEventGroup都是一个无限循环,负责监听相对应的事件。

4、Pipeline(通道)里包含多个ChannelHandler(业务处理),按顺序执行。

写在最后

其实上面的这些模型都只是一种思想,很多人可能觉得学习思想不是很重要。实际上要学习一门技术,要先有天上飞的理论才有落地的产品。世界上的事物大多都是如此。

最后借用大神Doug Lea的名言:

分享知识和分享苹果是不一样的,苹果会越分越少,而自己的知识并不会因为给了别人就减少了,知识的分享更能激荡出不一样的火花。

创作不易,觉得有用就点个赞吧。

下一篇讲Netty框架,想第一时间看到我更新的文章,可以微信搜索公众号「java技术爱好者」,拒绝做一条咸鱼,我是一个努力让大家记住的程序员。我们下期再见!!!
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能力有限,如果有什么错误或者不当之处,请大家批评指正,一起学习交流!



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