Java程序员需要了解的两种服务器设计模型

╰半橙微兮° 2022-04-03 10:44 171阅读 0赞

我们在IO模型和Java网络编程模型中，对IO有了一定的理解。这一篇，主要讲解基于事件驱动的两种是在原来基础上的扩展。在基于事件驱动的网络编程模型中，Reactor和Proactor模型是两种常用的IO设计模型。

我们知道BIO（阻塞IO）只有等待阻塞方法结束了，操作权才会交还给调用线程，在阻塞期间，调用者做不了任何操作，只能等待。在此期间调用者线程无法转向其他能做的事，对调用者来讲，这其实是一种浪费。在NIO（非阻塞IO）中，非阻塞IO会立刻将结果返回到调用者，调用者获取结果无需等待。获得的结果无非两种：数据准备好了，你继续表演吧；要么数据还没准备好，你要不再试试，或者你等会再试试。而对AIO（异步IO），调用方立刻获得返回，并且操作系统会使用另外的资源来达成此次的IO请求，并在操作系统完成数据准备后，通知调用者。

Reactor模式和Proactor模型

Reactor模型的中心思想采用的就是我们在IO模型和Java网络编程模型中所讲的多路复用IO。Reactor模型主要包含以下几个角色：

1）Handle，也叫句柄，有些地方也叫描述符。如网络Socket IO中称网络IO句柄或者Socket描述符，在文件读写中称文件IO句柄或者文件描述符等。

2）Synchronous Event Demultiplexer，也称同步事件多路分解器，用于阻塞等待发生在句柄集合上的一个或者多个事件，因为事件的到来是随机不可预测的，底层要实现事件的监听采取的是循环等待的策略，这种策略也叫事件循环。事件循环依赖系统调用，这里的系统调用，指的就是select/poll/epol等底层函数。这些底层函数一旦监听到句柄（或描述符）的读就绪或者写就绪，就会通知调用方进行读写操作。同步事件分离器依赖底层系统调用的实现。

3）Event Handler， 可称为事件处理器，不同的事件，可以有不同的处理器。通常IO框架库会将事件处理器定义成一个模板函数，不同的事件处理器可以有不同的特性，拥有自己业务相关的实现。

4）Reactor，也称为反应器，反应器主要功能包括以下：注册或者删除应用程序所关注的事件句柄，运行事件循环监控事件的到来，当事件到达时，反应器分离事件，并通知到对应的具体的事件处理器上，由具体的事件处理器处理器调用相关的函数来实现数据的读或者写，处理完数据后，交还系统的控制权。

Reactor模型图

整体的业务流可以概括为，首先调用者先向反应器注册，其对某种具体 的IO动作感兴趣，反应器会循环监控调用 者注册的事件是否已发生（如可读可写等），当事件发生后，事件分解器就被唤醒，会通知到事件对应的处理器来完成 事件的读写，可以看出，在具体事件到达时，处理程序不是调用的反应器，而是通过反应器分离的事件处理器来作数据的读或者写，这种方式又被称为“好莱坞法则”，类似于好莱坞大导演找演员的模型，你别来找我，等活来了我来找你吧。Reactor模型当有对应的IO完成时，回调对应的函数来处理，这种模型本质上还是一种同步的IO模型，其底层也并没有调用对应的异步IO的函数。

Reactor模型中的事件处理器是基于模板的模型来实现的，这意味着不同的事件处理器是分离的，业务间具体低侵入性。Reactor模型的底层系统调用也是一个模板模型，可以用select实现，亦或epoll，但是必须满足能监控活跃连接的功能。

Proactor与Reactor则不同，Reactor是基于同步IO模型实现的，而Proactor是基于异步IO。

Proactor中，调用者会调用异步操作处理器提供的异步函数，调用之后， 调用者线程和异步操作处理器会独立运行，这依赖于操作系统对异步IO的支持，实际的IO是由操作系统来完成 的。然后Proactor会进行事件循环，等待事件的到来 ，当事件分解器等待事件到来的同时，操作系统已经在同时将目标数据拷备到用户空间，当拷备完成 后，会通知到事件分解器，事情已经搞完了，事件分解器将完成事件转发到相应的事件处理者或者 回调函数，调用 者就可以利用这些数据处理自己的业务逻辑 了。

Reactor和Proactor都是对某个具体IO事件的告知，这也就我们所说的基于事件驱动，Reactor是告知的事件已准备好，而Proactor是事件已做好。他们的业务 逻辑也很类似，都是事件分解器来负责IO的监控，并回调对应的事件处理器，不同之处在于Reactor事件告知的是已准备好，还需要进一步的从内核 空间数据拷备到用户空间。而Proactor是数据已经准备好，调用 者可以直接在用户空间使用了。

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