文章目錄

• Reactor模式
• Proactor模式
• • 同步I/O模型模擬Proactor模式
• 兩者的優(yōu)缺點(diǎn)
• • Reactor
  • Proactor

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同步I/O模型通常用于實(shí)現(xiàn) Reactor 模式，異步I/O模型通常用于實(shí)現(xiàn) Proactor 模式。（不是絕對的，同步I/O也可模擬出 Proactor 模式）

Reactor模式

原理

Reactor 模式要求主線程（I/O處理單元）只負(fù)責(zé)監(jiān)聽文件描述符上是否有事件就緒，如果有則將該就緒事件通知給工作線程（邏輯單元）。除此之外主線程不會進(jìn)行其他實(shí)質(zhì)性的工作，讀寫數(shù)據(jù)、接收新連接、業(yè)務(wù)邏輯處理全部在工作線程中完成。

工作流程

這里以 epoll_wait 為例，使用同步I/O模型實(shí)現(xiàn)的 Reactor 模式的工作流程如下：

主線程往 epoll 內(nèi)核事件表中注冊 socket 上的讀就緒事件。

主線程調(diào)用 epoll_wait 開始對 socket 的讀事件進(jìn)行監(jiān)控。

如果 socket 讀就緒，epoll_wait 會通知主線程，主線程則將 socket 可讀事件（即 socket 連接本身） 放入請求隊(duì)列中。

請求隊(duì)列上某個(gè)休眠的工作線程被喚醒，此時(shí)會從 socket 中讀取數(shù)據(jù)，并且處理用戶請求，然后往 epoll 內(nèi)核事件表中注冊該 socket 的寫就緒事件。

主線程繼續(xù)調(diào)用 epoll_wait 對 socket 的寫事件進(jìn)行監(jiān)控。

當(dāng) socket 寫就緒時(shí)，epoll_wait 會通知主線程，主線程則將 socket 可寫事件（即 socket 連接本身） 放入請求隊(duì)列中。

請求隊(duì)列上某個(gè)休眠的工作線程被喚醒，將服務(wù)器處理客戶請求的結(jié)果寫入到 socket 中

工作線程從請求隊(duì)列中取出事件后，根據(jù)事件類型來決定如何處理事件，所以不會區(qū)分 讀工作線程 和 寫工作線程。

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Proactor模式

原理

Proactor模式則是將所有的I/O操作全部交給主線程和內(nèi)核處理，工作線程僅僅負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯。

工作流程

這里以 aio 為例，使用異步I/O模型實(shí)現(xiàn)的 Reactor 模式的工作流程如下：

主線程調(diào)用 aio_read 向內(nèi)核注冊 socket 上的讀完成事件，并且告訴內(nèi)核用戶讀緩沖區(qū)的位置，以及讀操作完成時(shí)如何通知應(yīng)用程序（這里以信號為例）。

I/O事件交給內(nèi)核進(jìn)行異步處理，此時(shí)主線程繼續(xù)處理其他邏輯（區(qū)別于 Reactor 中主線程需要持續(xù)監(jiān)控就緒事件）。

當(dāng) socket 上的數(shù)據(jù)已被讀入用戶緩沖區(qū)后，內(nèi)核向應(yīng)用程序發(fā)送一個(gè)信號，通知其數(shù)據(jù)已可用。

通過應(yīng)用程序預(yù)先定義好的信號處理函數(shù)來選擇一個(gè)工作線程以處理客戶請求。

工作線程處理完客戶請求之后會調(diào)用 aio_write 向內(nèi)核注冊 socket 上的寫就緒事件，并且告訴內(nèi)核用戶寫緩沖區(qū)的位置，以及寫操作完成時(shí)如何通知應(yīng)用程序（仍選擇使用信號）。

主線程繼續(xù)處理其他邏輯（同2）。

當(dāng)用戶緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)被寫入 socket 后，內(nèi)核向應(yīng)用程序發(fā)送一個(gè)信號，通知其數(shù)據(jù)發(fā)送完成。

通過應(yīng)用程序 注冊（預(yù)先定義好） 的信號處理 事件（函數(shù)） 來選擇一個(gè)工作線程來進(jìn)行善后處理，例如是否關(guān)閉 socket。

由于讀/寫事件是通過 aio_read/aio_write 向內(nèi)核中進(jìn)行 注冊 的，并由內(nèi)核通過 信號 向應(yīng)用程序 報(bào)告 的。因此，不同于 Reactor 模式，Proactor 的 epoll_wait 僅僅用來監(jiān)聽 socket 上是否有新的連接請求到來，而不用于 注冊 or 報(bào)告 讀/寫事件。

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同步I/O模型模擬Proactor模式

原理

主線程執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫操作，完成后向工作線程通知事件的完成。從工作線程的角度來看，他們就直接獲得了數(shù)據(jù)讀寫的結(jié)果，接下來的工作就只需要對讀寫結(jié)果進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理。

工作流程

這里以 epoll_wait 為例，使用同步I/O模型實(shí)現(xiàn)的 Proactor 模式的工作流程：

主線程往 epoll 內(nèi)核事件表中注冊 socket 上的讀就緒事件。（同步I/O注冊就緒事件、異步I/O注冊完成事件）

主線程調(diào)用 epoll_wait 等待 socket 上有數(shù)據(jù)可讀。

當(dāng) socket 上有數(shù)據(jù)可讀，epoll_wait 通知主線程，主線程從 socket 中循環(huán)讀取數(shù)據(jù)，直到?jīng)]有數(shù)據(jù)可讀。然后將讀到的數(shù)據(jù)封裝成一個(gè)請求對象插入請求隊(duì)列中。

請求隊(duì)列上某個(gè)休眠的工作線程被喚醒，此時(shí)它會獲取請求對象并且處理客戶請求，然后往 epoll 內(nèi)核事件表中注冊 socket 的寫就緒事件。

主線程調(diào)用 epoll_wait 等待 socket 可寫。

如果 socket 寫就緒，epoll_wait 通知主線程，主線程往 socket 中寫入服務(wù)器處理客戶請求的結(jié)果。

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兩者的優(yōu)缺點(diǎn)

Reactor

Reactor 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)被動的事件分離和分發(fā)模型：

• 主線程只負(fù)責(zé)監(jiān)聽讀寫事件是否就緒，就緒后放入請求隊(duì)列，并喚醒請求隊(duì)列上某個(gè)工作線程；
• 由工作線程讀寫數(shù)據(jù)并處理客戶請求。

優(yōu)點(diǎn)：

• 實(shí)現(xiàn)相對簡單，對于耗時(shí)短的處理場景處理高效。
• 操作系統(tǒng)可以在多個(gè)事件源上等待，并且避免了多線程編程相關(guān)的性能開銷和編程復(fù)雜性。
• 事件的串行化對應(yīng)用是透明的，可以順序的同步執(zhí)行而不需要加鎖。
• 將與應(yīng)用無關(guān)的多路分解、分配機(jī)制和與應(yīng)用相關(guān)的回調(diào)函數(shù)分離開來。

缺點(diǎn)：

• 處理耗時(shí)長的操作會造成事件分發(fā)的阻塞，影響到后續(xù)事件的處理。

適用場景：

同時(shí)接收多個(gè)服務(wù)請求，并且依次同步處理它們的事件驅(qū)動程序。

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Proactor

Proactor 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)主動的事件分離和分發(fā)模型：

• 主線程監(jiān)聽事件是否就緒；
• 內(nèi)核執(zhí)行I/O操作讀寫數(shù)據(jù)；
• 上一步完成后根據(jù)預(yù)先注冊好的信號函數(shù)選擇一個(gè)工作線程處理客戶請求。

優(yōu)點(diǎn)：

• 性能更高，能夠適應(yīng)耗時(shí)長的并發(fā)場景（各個(gè)任務(wù)間互不影響）；
• 這種設(shè)計(jì)允許多個(gè)任務(wù)并發(fā)的執(zhí)行，從而提高吞吐量。

缺點(diǎn)：

• 實(shí)現(xiàn)邏輯復(fù)雜，依賴操作系統(tǒng)對異步的支持，目前實(shí)現(xiàn)了純異步操作的操作系統(tǒng)少。
• 實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的如 windows IOCP，但由于 windows 系統(tǒng)用于服務(wù)器的局限性，目前應(yīng)用范圍較小。
• 而 Unix/Linux 系統(tǒng)對純異步的支持有限，應(yīng)用事件驅(qū)動的主流方案還是通過 select/epoll 來實(shí)現(xiàn)。

適用場景：

異步接收、同時(shí)處理多個(gè)服務(wù)請求的事件驅(qū)動程序。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux服务器 | 事件处理模式：Reactor模式、Proactor模式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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