IO模型之三Reactor 和 Proactor IO设计模式

反应器Reactor：

　　在事件驱动的应用中，应用中的请求总是通过事件(如CONNECTOR、READ、WRITE等)来表示，当多个请求同时到来时，这些请求最终还是会被序列化地处理，在序列化处理这些服务前，应用程序必须先分离和调度这些同时到达的事件，想要有效地做到这点，要做好如下四方面工作：

　　1、为了提高系统的可测量性和反应时间，应用程序不能长时间阻塞在某个事件源上而停止对其他事件的处理，这样会严重降低对客户端的响应度。 
　　2、为了提高吞吐量，任何没有必要的上下文切换、同步和CPU之间的数据移动都要避免。 
　　3、引进新的服务或 改良已有的服务都要对既有的事件分离和调度机制带来尽可能小的影响。 
　　4、大量的应用程序代码需要隐藏在复杂的多线程和同步机制之后。

反应堆机制具体做法是：每个应用程序提供的每个服务都有一个独立的事件处理器与之对应。由 事件处理器处理来自事件源的特定类型的事件。每个事件处理器都事先注册到Reactor管理器中。Reactor管理器使用同步事件分离器在一个或多个事件源中等待事件的发生。当事件发生后，同步事件分离器通知Reactor管理器，最后由Reactor管理器调度和该事件相关的事件处理器来完成请求的服务。

反应器Reactor的关键组成：

　　1描述符(handle)：由操作系统提供，用于识别每一个事件，如Socket描述符、文件描述符等。在Linux中，它用一个整数来表示。事件可以来自外部，如来自客户端 的连接请求、数据等。事件也可以来自内部，如定时器事件。

2同步事件分离器(demultiplexer）：是一个函数，用来等待一个或多个事件的发生。调用者会被阻塞，直到分离器分离的描述符集上有事件发生。Linux的select函数是一个经常被使 用的分离器。

　　3 事件处理器接口（event handler）：是由一个或多个模板函数组成的接口。这些模板函数描述了和应用程序相关的对某个事件的操作。具体的事件处理器：是事件处理器接口的实现。它实现了应用程序提供的某个服务。每个具体的事件处理器总和一个描述符相关。它使用描述符来识别事件、识别应用程序提供的服务。

      4 Reactor管理器（reactor）：定义了一些接口，用于应用程序控制事件调度，以及应用程序注册、删除事件处理器和相关的描述符。它是事件处理器的调度核心。Reactor管理器使用同步事件分离器来等待事件的发生。一旦事件发生，Reactor管理器先是分离每个事件，然后调度事件处理器，最后调用相关的模板函 数来处理这个事件。通过上述分析，我们注意到，是Reactor管理器而不是应用程序负责等待事件、分离事件和调度事件。实际上，Reactor管理器并没有被具体的事件处理器调用，而是管理器调度具体的事件处理器，由事件处理器对发生的事件做出处理。这就是类似Hollywood原则的“反向控制”。应用程序要做的仅仅是实现一个具体的事件处理器，然后把它注册到Reactor管理器中。接下来的工作由管理器来完成。这些参与者的相互关系如下图所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Reactor包含如下角色：

• Handle 句柄；用来标识socket连接或是打开文件；
• Synchronous Event Demultiplexer：同步事件多路分解器：由操作系统内核实现的一个函数；用于阻塞等待发生在句柄集合上的一个或多个事件；（如select/epoll；）
• Event Handler：事件处理接口
• Concrete Event HandlerA：实现应用程序所提供的特定事件处理逻辑；
• Reactor：反应器，定义一个接口，实现以下功能：
  1）供应用程序注册和删除关注的事件句柄；
  2）运行事件循环；
  3）有就绪事件到来时，分发事件到之前注册的回调函数上处理；

具体事件处理程序不调用反应器，而是由反应器分配一个具体事件处理程序，具体事件处理程序对某个指定的事件发生做出反应

Proactor模式：

Proactor模式的示意图如下，Proactor模式又叫前摄器或主动器模式。它用于实现异步I/O模型，运行流程如下：

　　1. Initiator主动调用Asynchronous Operation Processor发起异步I/O操作，

　　2. 记录异步操作的参数和函数地址放入完成事件队列（Completion Event Queue）中

　　3. Proactor循环检测异步事件是否完成。如果完成则从完成事件队列中取出回调函数完成回调。

　　Boost库中的asio就使用了Proactor模式，其底层的异步I/O由操作系统提供，而异步事件的分发还是由epoll/kequeue/select等实现。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Proactor主动器模式包含如下角色

• Handle 句柄；用来标识socket连接或是打开文件；
• Asynchronous Operation Processor：异步操作处理器；负责执行异步操作，一般由操作系统内核实现；
• Asynchronous Operation：异步操作
• Completion Event Queue：完成事件队列；异步操作完成的结果放到队列中等待后续使用
• Proactor：主动器；为应用程序进程提供事件循环；从完成事件队列中取出异步操作的结果，分发调用相应的后续处理逻辑；
• Completion Handler：完成事件接口；一般是由回调函数组成的接口；
• Concrete Completion Handler：完成事件处理逻辑；实现接口定义特定的应用处理逻辑；