IO設計模式：Reactor和Proactor對比

平時接觸的開源產品如Redis、ACE，事件模型都使用的Reactor模式；而同樣做事件處理的Proactor，由于操作系統的原因，相關的開源產品也少；這里學習下其模型結構，重點對比下兩者的異同點；

反應器Reactor

Reactor模式結構

Reactor包含如下角色：

• Handle 句柄；用來標識socket連接或是打開文件；
• Synchronous Event Demultiplexer：同步事件多路分解器：由操作系統內核實現的一個函數；用于阻塞等待發生在句柄集合上的一個或多個事件；（如select/epoll；）
• Event Handler：事件處理接口
• Concrete Event HandlerA：實現應用程序所提供的特定事件處理邏輯；
• Reactor：反應器，定義一個接口，實現以下功能：
  1）供應用程序注冊和刪除關注的事件句柄；
  2）運行事件循環；
  3）有就緒事件到來時，分發事件到之前注冊的回調函數上處理；

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“反應”器名字中”反應“的由來：
“反應”即“倒置”，“控制逆轉”,具體事件處理程序不調用反應器，而是由反應器分配一個具體事件處理程序，具體事件處理程序對某個指定的事件發生做出反應；這種控制逆轉又稱為“好萊塢法則”（不要調用我，讓我來調用你）

業務流程及時序圖

應用啟動，將關注的事件handle注冊到Reactor中；

調用Reactor，進入無限事件循環，等待注冊的事件到來；

事件到來，select返回，Reactor將事件分發到之前注冊的回調函數中處理；

主動器Proactor

Proactor模式結構

Proactor主動器模式包含如下角色

• Handle 句柄；用來標識socket連接或是打開文件；
• Asynchronous Operation Processor：異步操作處理器；負責執行異步操作，一般由操作系統內核實現；
• Asynchronous Operation：異步操作
• Completion Event Queue：完成事件隊列；異步操作完成的結果放到隊列中等待后續使用
• Proactor：主動器；為應用程序進程提供事件循環；從完成事件隊列中取出異步操作的結果，分發調用相應的后續處理邏輯；
• Completion Handler：完成事件接口；一般是由回調函數組成的接口；
• Concrete Completion Handler：完成事件處理邏輯；實現接口定義特定的應用處理邏輯；

業務流程及時序圖

應用程序啟動，調用異步操作處理器提供的異步操作接口函數，調用之后應用程序和異步操作處理就獨立運行；應用程序可以調用新的異步操作，而其它操作可以并發進行；

應用程序啟動Proactor主動器，進行無限的事件循環，等待完成事件到來；

異步操作處理器執行異步操作，完成后將結果放入到完成事件隊列；

主動器從完成事件隊列中取出結果，分發到相應的完成事件回調函數處理邏輯中；

對比兩者的區別

主動和被動

以主動寫為例：
Reactor將handle放到select()，等待可寫就緒，然后調用write()寫入數據；寫完處理后續邏輯；
Proactor調用aoi_write后立刻返回，由內核負責寫操作，寫完后調用相應的回調函數處理后續邏輯；

可以看出，Reactor被動的等待指示事件的到來并做出反應；它有一個等待的過程，做什么都要先放入到監聽事件集合中等待handler可用時再進行操作；
Proactor直接調用異步讀寫操作，調用完后立刻返回；

實現

Reactor實現了一個被動的事件分離和分發模型，服務等待請求事件的到來，再通過不受間斷的同步處理事件，從而做出反應；

Proactor實現了一個主動的事件分離和分發模型；這種設計允許多個任務并發的執行，從而提高吞吐量；并可執行耗時長的任務（各個任務間互不影響）

優點

Reactor實現相對簡單，對于耗時短的處理場景處理高效；
操作系統可以在多個事件源上等待，并且避免了多線程編程相關的性能開銷和編程復雜性；
事件的串行化對應用是透明的，可以順序的同步執行而不需要加鎖；
事務分離：將與應用無關的多路分解和分配機制和與應用相關的回調函數分離開來，

Proactor性能更高，能夠處理耗時長的并發場景；

缺點

Reactor處理耗時長的操作會造成事件分發的阻塞，影響到后續事件的處理；

Proactor實現邏輯復雜；依賴操作系統對異步的支持，目前實現了純異步操作的操作系統少，實現優秀的如windows IOCP，但由于其windows系統用于服務器的局限性，目前應用范圍較小；而Unix/Linux系統對純異步的支持有限，應用事件驅動的主流還是通過select/epoll來實現；

適用場景

Reactor：同時接收多個服務請求，并且依次同步的處理它們的事件驅動程序；
Proactor：異步接收和同時處理多個服務請求的事件驅動程序；

類圖和序列圖的源文件提供下載，詳見Github《圖說設計模式》的EA文檔：

https://github.com/me115/design_patterns

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參考

《面向模式的軟件體系結構 卷2》
《面向模式的軟件架構 卷4》
《圖說設計模式》

總結

以上是生活随笔為你收集整理的IO设计模式：Reactor和Proactor对比的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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