一、什么是 Reactor 模型：

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

Reactor 模式也叫做反應(yīng)器設(shè)計(jì)模式，是一種為處理服務(wù)請(qǐng)求并發(fā)提交到一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)處理器的事件設(shè)計(jì)模式。當(dāng)請(qǐng)求抵達(dá)后，通過(guò)服務(wù)處理器將這些請(qǐng)求采用多路分離的方式分發(fā)給相應(yīng)的請(qǐng)求處理器。Reactor 模式主要由 Reactor 和處理器 Handler 這兩個(gè)核心部分組成，如下圖所示，它倆負(fù)責(zé)的事情如下：

• Reactor：負(fù)責(zé)監(jiān)聽和分發(fā)事件，事件類型包含連接事件、讀寫事件；
• Handler ：負(fù)責(zé)處理事件，如 read -> 業(yè)務(wù)邏輯 （decode + compute + encode）-> send；

在絕大多數(shù)場(chǎng)景下，處理一個(gè)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求有如下幾個(gè)步驟：

① read：從 socket 讀取數(shù)據(jù)。
② decode：解碼，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)都是以 byte 的形式進(jìn)行傳輸?shù)模氆@取真正的請(qǐng)求，必需解碼
③ compute：計(jì)算，也就是業(yè)務(wù)處理。
④ encode：編碼，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)都是以 byte 的形式進(jìn)行傳輸?shù)?，也就?socket 只接收 byte，所以必需編碼。
⑤ send：發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)

        對(duì)于Reactor模式來(lái)說(shuō)，每當(dāng)有一個(gè) Event 輸入到 Server 端時(shí)，Service Handler 會(huì)將其轉(zhuǎn)發(fā)（dispatch）相對(duì)應(yīng)的 Handler 進(jìn)行處理。Reactor 模型中定義的三種角色：

Reactor：派發(fā)器，負(fù)責(zé)監(jiān)聽和分配事件，并將事件分派給對(duì)應(yīng)的 Handler。新的事件包含連接建立就緒、讀就緒、寫就緒等。

Acceptor：請(qǐng)求連接器，處理客戶端新連接。Reactor 接收到 client 端的連接事件后，會(huì)將其轉(zhuǎn)發(fā)給 Acceptor，由 Acceptor 接收 Client 的連接，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的 Handler，并向 Reactor 注冊(cè)此 Handler。

Handler：請(qǐng)求處理器，負(fù)責(zé)事件的處理，將自身與事件綁定，執(zhí)行非阻塞讀/寫任務(wù)，完成 channel 的讀入，完成處理業(yè)務(wù)邏輯后，負(fù)責(zé)將結(jié)果寫出 channel?？捎觅Y源池來(lái)管理。

模型大致如下圖所示：

 對(duì)于讀/寫請(qǐng)求，Reactor 模型是按照以下流程處理的：

• （1）應(yīng)用程序注冊(cè)讀/寫就緒事件和相關(guān)聯(lián)的事件處理器
• （2）事件分離器等待事件的發(fā)生
• （3）當(dāng)發(fā)生讀/寫就緒事件的時(shí)候，事件分離器調(diào)用第一步注冊(cè)的事件處理器

二、Reactor 模型的分類：

Reactor 模型中的 Reactor 可以是單個(gè)也可以是多個(gè)，Handler 同樣可以是單線程也可以是多線程，所以組合的模式大致有如下三種：

• 單 Reactor 單線程模型
• 單 Reactor 多線程模型
• 主從 Reactor 單線程模型
• 主從 Reactor 多線程模型

其中第三種的主從Reactor單線程模型沒什么實(shí)際意義，所以下文就著重介紹其他三種模型

1、單 Reactor 單線程模型：

1.1、處理流程：

（1）Reactor 線程通過(guò) select 監(jiān)聽事件，收到事件后通過(guò) Dispatch 進(jìn)行分發(fā)

（2）如果是連接建立事件，則將事件分發(fā)給 Acceptor，Acceptor 會(huì)通過(guò) accept() 方法獲取連接，并創(chuàng)建一個(gè)Handler 對(duì)象來(lái)處理后續(xù)的響應(yīng)事件

（3）如果是IO讀寫事件，則 Reactor 會(huì)將該事件交由當(dāng)前連接的 Handler 來(lái)處理

（4）Handler 會(huì)完成 read -> 業(yè)務(wù)處理 -> send 的完整業(yè)務(wù)流程

1.2、優(yōu)缺點(diǎn)：

        單 Reactor 單線程模型的優(yōu)點(diǎn)在于將所有處理邏輯放在一個(gè)線程中實(shí)現(xiàn)，沒有多線程、進(jìn)程通信、競(jìng)爭(zhēng)的問題。但該模型在性能與可靠性方面存在比較嚴(yán)重的問題：

• ① 性能：只在代碼上進(jìn)行組件的區(qū)分，整體操作還是單線程，無(wú)法充分利用 CPU 資源，并且 Handler 業(yè)務(wù)處理部分沒有異步，一個(gè) Reactor 既要負(fù)責(zé)處理連接請(qǐng)求，又要負(fù)責(zé)處理讀寫請(qǐng)求，一般來(lái)說(shuō)處理連接請(qǐng)求是很快的，但處理讀寫請(qǐng)求時(shí)涉及到業(yè)務(wù)邏輯處理，相對(duì)慢很多。所以 Reactor 在處理讀寫請(qǐng)求時(shí)，其他請(qǐng)求只能等著，容易造成系統(tǒng)的性能瓶頸
• ② 可靠性：一旦 Reactor 線程意外中斷或者進(jìn)入死循環(huán)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)通信模塊不可用，不能接收和處理外部消息，造成節(jié)點(diǎn)故障

        所以該單Reactor單進(jìn)程模型不適用于計(jì)算密集型的場(chǎng)景，只適用于業(yè)務(wù)處理非?？焖俚膱?chǎng)景。Redis的線程模型就是基于單 Reactor 單線程模型實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)?Redis 業(yè)務(wù)處理主要是在內(nèi)存中完成，操作的速度是很快的，性能瓶頸不在 CPU 上，所以 Redis 對(duì)于命令的處理是單進(jìn)程的。

2、單 Reactor 多線程模型：

        為了解決單Reactor單線程模型存在的性能問題，就演進(jìn)出了單 Reactor 多線程模型，該模型在事件處理器部分采用了多線程（線程池）

2.1、處理流程：

 （1）Reactor 線程通過(guò) select 監(jiān)聽事件，收到事件后通過(guò) Dispatch 進(jìn)行分發(fā)

（2）如果是連接建立事件，則將事件分發(fā)給 Acceptor，Acceptor 會(huì)通過(guò) accept() 方法獲取連接，并創(chuàng)建一個(gè)Handler 對(duì)象來(lái)處理后續(xù)的響應(yīng)事件

（3）如果是IO讀寫事件，則 Reactor 會(huì)將該事件交由當(dāng)前連接對(duì)應(yīng)的 Handler 來(lái)處理

（4）與單Reactor單線程不同的是，Handler 不再做具體業(yè)務(wù)處理，只負(fù)責(zé)接收和響應(yīng)事件，通過(guò) read 接收數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給后面的 Worker 線程池進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。

（5）Worker 線程池再分配線程進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，完成后將響應(yīng)結(jié)果發(fā)給 Handler 進(jìn)行處理。

（6）Handler 收到響應(yīng)結(jié)果后通過(guò) send 將響應(yīng)結(jié)果返回給 Client。

2.2、優(yōu)缺點(diǎn)：

        相對(duì)于第一種模型來(lái)說(shuō)，在處理業(yè)務(wù)邏輯，也就是獲取到 IO讀寫事件之后，交由線程池來(lái)處理，Handler 收到響應(yīng)后通過(guò) send 將響應(yīng)結(jié)果返回給客戶端。這樣可以降低 Reactor 的性能開銷，從而更專注的做事件分發(fā)工作了，提升整個(gè)應(yīng)用的吞吐，并且 Handler 使用了多線程模式，可以充分利用 CPU 的性能。但是這個(gè)模型存在的問題：

（1）Handler 使用多線程模式，自然帶來(lái)了多線程競(jìng)爭(zhēng)資源的開銷，同時(shí)涉及共享數(shù)據(jù)的互斥和保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜

（2）單個(gè) Reactor 承擔(dān)所有事件的監(jiān)聽、分發(fā)和響應(yīng)，對(duì)于高并發(fā)場(chǎng)景，容易造成性能瓶頸。

3、主從 Reactor 多線程模型：

        單Reactor多線程模型解決了 Handler 單線程的性能問題，但是 Reactor 還是單線程的，對(duì)于高并發(fā)場(chǎng)景還是會(huì)有性能瓶頸，所以需要將 Reactor 調(diào)整為多線程模式，也就是接下來(lái)要介紹的主從 Reactor 多線程模型。主從 Reactor 多線程模型將 Reactor 分成兩部分：

（1）MainReactor：只負(fù)責(zé)處理連接建立事件，通過(guò) select 監(jiān)聽 server socket，將建立的 socketChannel 指定注冊(cè)給 subReactor，通常一個(gè)線程就可以了

（2）SubReactor：負(fù)責(zé)讀寫事件，維護(hù)自己的 selector，基于 MainReactor 注冊(cè)的 SocketChannel 進(jìn)行多路分離 IO 讀寫事件，讀寫網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并將業(yè)務(wù)處理交由 worker 線程池來(lái)完成。SubReactor 的個(gè)數(shù)一般和 CPU 個(gè)數(shù)相同

3.1、處理流程： 

（1）主線程中的 MainReactor 對(duì)象通過(guò) select 監(jiān)聽事件，接收到事件后通過(guò) Dispatch 進(jìn)行分發(fā)，如果事件類型為連接建立事件則分發(fā)給 Acceptor 進(jìn)行連接建立

連接建立：

① 從主線程池中隨機(jī)選擇一個(gè) Reactor 線程作為 Acceptor 線程，用于綁定監(jiān)聽端口，接收客戶端連接
② Acceptor 線程接收客戶端連接請(qǐng)求之后創(chuàng)建新的 SocketChannel，將其注冊(cè)到主線程池的其它 Reactor 線程上，由其負(fù)責(zé)接入認(rèn)證、IP黑白名單過(guò)濾、握手等操作。
③ 步驟② 完成之后，業(yè)務(wù)層的鏈路正式建立，將 SocketChannel 從主線程池的 Reactor 線程的多路復(fù)用器上摘除，重新注冊(cè)到 SubReactor 線程池的線程上，并創(chuàng)建一個(gè) Handler 用于處理各種連接事件

（2）如果接收到的不是連接建立事件，則分發(fā)給 SubReactor，SubReactor 調(diào)用當(dāng)前連接對(duì)應(yīng)的 Handler 進(jìn)行處理

（3）Handler 通過(guò) read 讀取數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)分發(fā)給 Worker 線程池進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，Worker 線程池則分配線程進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，完成后將響應(yīng)結(jié)果發(fā)給 Handler

（4）Handler 收到響應(yīng)結(jié)果后通過(guò) send 將響應(yīng)結(jié)果返回給 Client

3.2、優(yōu)缺點(diǎn)：

        主從 Reactor 多線程模型的優(yōu)點(diǎn)在于主線程和子線程分工明確，主線程只負(fù)責(zé)接收新連接，子線程負(fù)責(zé)完成后續(xù)的業(yè)務(wù)處理，同時(shí)主線程和子線程的交互也很簡(jiǎn)單，子線程接收主線程的連接后，只管業(yè)務(wù)處理即可，無(wú)須關(guān)注主線程，可以直接在子線程將處理結(jié)果發(fā)送給客戶端。

        該 Reactor 模型適用于高并發(fā)場(chǎng)景，并且 Netty 網(wǎng)絡(luò)通信框架也是采用這種實(shí)現(xiàn)

4、Reactor 優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）響應(yīng)快，不必為單個(gè)同步時(shí)間所阻塞，雖然 Reactor 本身依然是同步的；

（2）可以最大程度的避免復(fù)雜的多線程及同步問題，并且避免了多線程/進(jìn)程的切換開銷

（3）可擴(kuò)展性，可以方便地通過(guò)增加 Reactor 實(shí)例個(gè)數(shù)來(lái)充分利用 CPU 資源；

（4）可復(fù)用性，Reactor 模型本身與具體事件處理邏輯無(wú)關(guān)，具有很高的復(fù)用性。

Reacotr 模型是一種非阻塞同步網(wǎng)絡(luò)模型，除此之外，還有一種 Proactor 的異步網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì) Proactor 感興趣的讀者可以閱讀這篇文章：https://blog.csdn.net/a745233700/article/details/122390285

參考文章：

徹底搞懂Reactor模型和Proactor模型 - 云+社區(qū) - 騰訊云

【死磕 NIO】— Reactor 模式就一定意味著高性能嗎？

到此這篇關(guān)于Java IO篇之Reactor 網(wǎng)絡(luò)模型的概念的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java Reactor 網(wǎng)絡(luò)模型內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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