笔记-reactor pattern

1.      reactor模式

1.1.    什么是reactor模式

The reactor design pattern is an event handling pattern for handling service requests delivered concurrently by one or more inputs. The service handler then demultiplexes the incoming requests and dispatches them synchronously to associated request handlers.

reactor模式是一个事件处理模式，用于处理来自多个输入的并发服务请求,由服务分发请求给处理者处理。

1.2.    故事的开始

在处理IO请求时，通常有两种体系结构，分别为：thread-based architecture（基于线程）、event-driven architecture（事件驱动）。

1.2.1.   thread-based architecture

基于线程的体系结构通常会使用多线程来处理客户端的请求，每当接收到一个请求，便开启一个独立的线程来处理。

这种方式虽然是直观的，但是仅适用于并发访问量不大的场景，因为线程需要占用一定的内存资源，且操作系统在线程之间的切换也需要一定的开销，当线程数过多时显然会降低服务器的性能。

并且，当线程在处理I/O操作，在等待输入的这段时间线程处于空闲的状态，同样也会造成cpu资源的浪费。

一个典型的设计如下：

1.2.2.   event-driven architecture

事件驱动体系结构是目前比较广泛使用的一种。这种方式会定义一系列的事件处理器来响应事件的发生，并且将服务端接受连接与对事件的处理分离。其中，事件是一种状态的改变。比如，tcp中socket的new incoming connection、ready for read、ready for write。

reactor是事件驱动的实现方式之一。

1.3.    reactor

回到reactor，reactor设计模式是event-driven architecture的一种实现方式，处理多个客户端并发的向服务端请求服务的场景。每种服务在服务端可能由多个方法组成。reactor会解耦并发请求的服务并分发给对应的事件处理器来处理。目前，许多流行的开源框架都用到了reactor模式，如：netty、node.js等，包括java的nio，twisted的ractor。

图示如下：

reactor主要由以下几个角色构成：handle、Synchronous Event Demultiplexer、Initiation Dispatcher、Event Handler、Concrete Event Handler

1. Handle

handle在linux中是文件描述符，在window是句柄。handle是事件的发源地。比如一个网络socket、磁盘文件等。而发生在handle上的事件可以有connection、ready for read、ready for write等。

1. Synchronous Event Demultiplexer

同步事件分离器，本质上是系统调用。比如linux中的select、poll、epoll等。比如，select方法会一直阻塞直到handle上有事件发生时才会返回。

1. Event Handler

事件处理器，其会定义一些回调方法或者称为钩子函数，当handle上有事件发生时，回调方法便会执行，一种事件处理机制。

1. Concrete Event Handler

具体的事件处理器，实现了Event Handler。在回调方法中会实现具体的业务逻辑。

1. Initiation Dispatcher

初始分发器，也是reactor角色，提供了注册、删除与转发event handler的方法。当Synchronous Event Demultiplexer检测到handle上有事件发生时，便会通知initiation dispatcher调用特定的event handler的回调方法。

处理流程

1. 当应用向Initiation Dispatcher注册Concrete Event Handler时，应用会标识出该事件处理器希望Initiation Dispatcher在某种类型的事件发生发生时向其通知，事件与handle关联;
2. Initiation Dispatcher要求注册在其上面的Concrete Event Handler传递内部关联的handle，该handle会向操作系统标识;
3. 当所有的Concrete Event Handler都注册到 Initiation Dispatcher上后，应用会调用handle_events方法来启动Initiation Dispatcher的事件循环，这时Initiation Dispatcher会将每个Concrete Event Handler关联的handle合并，并使用Synchronous Event Demultiplexer来等待这些handle上事件的发生;
4. 当与某个事件源对应的handle变为ready时，Synchronous Event Demultiplexer便会通知 Initiation Dispatcher。比如tcp的socket变为ready for reading;
5. Initiation Dispatcher会触发事件处理器的回调方法。当事件发生时， Initiation Dispatcher会将被一个“key”（表示一个激活的handle）定位和分发给特定的Event Handler的回调方法
6. Initiation Dispatcher调用特定的Concrete Event Handler的回调方法来响应其关联的handle上发生的事件