Reactor模式詳解

什么是Reactor模式

要回答這個問題,首先當然是求助Google或Wikipedia,其中Wikipedia上說:“The reactor design pattern is an event handling pattern for handling service requests delivered concurrently by one or more inputs. The service handler then demultiplexes the incoming requests and dispatches them synchronously to associated request handlers.”。從這個描述中,我們知道Reactor模式首先是事件驅動的,有一個或多個并發輸入源,有一個Service Handler,有多個Request Handlers;這個Service Handler會同步的將輸入的請求(Event)多路復用的分發給相應的Request Handler。如果用圖來表達:


Reactor_Simple.png

從結構上,這有點類似生產者消費者模式,即有一個或多個生產者將事件放入一個Queue中,而一個或多個消費者主動的從這個Queue中Poll事件來處理;而Reactor模式則并沒有Queue來做緩沖,每當一個Event輸入到Service Handler之后,該Service Handler會主動的根據不同的Event類型將其分發給對應的Request Handler來處理。

更學術的,這篇文章(Reactor An Object Behavioral Pattern for Demultiplexing and Dispatching Handles for Synchronous Events)上說:“The Reactor design pattern handles service requests that are delivered concurrently to an application by one or more clients. Each service in an application may consistent of several methods and is represented by a separate event handler that is responsible for dispatching service-specific requests. Dispatching of event handlers is performed by an initiation dispatcher, which manages the registered event handlers. Demultiplexing of service requests is performed by a synchronous event demultiplexer. Also known as Dispatcher, Notifier”。這段描述和Wikipedia上的描述類似,有多個輸入源,有多個不同的EventHandler(RequestHandler)來處理不同的請求,Initiation Dispatcher用于管理EventHander,EventHandler首先要注冊到Initiation Dispatcher中,然后Initiation Dispatcher根據輸入的Event分發給注冊的EventHandler;然而Initiation Dispatcher并不監聽Event的到來,這個工作交給Synchronous Event Demultiplexer來處理。

Reactor模式結構

在解決了什么是Reactor模式后,我們來看看Reactor模式是由什么模塊構成。圖是一種比較簡潔形象的表現方式,因而先上一張圖來表達各個模塊的名稱和他們之間的關系:


Reactor_Structures.png

Handle:即操作系統中的句柄,是對資源在操作系統層面上的一種抽象,它可以是打開的文件、一個連接(Socket)、Timer等。由于Reactor模式一般使用在網絡編程中,因而這里一般指Socket Handle,即一個網絡連接(Connection,在Java NIO中的Channel)。這個Channel注冊到Synchronous Event Demultiplexer中,以監聽Handle中發生的事件,對ServerSocketChannnel可以是CONNECT事件,對SocketChannel可以是READ、WRITE、CLOSE事件等。

Synchronous Event Demultiplexer:阻塞等待一系列的Handle中的事件到來,如果阻塞等待返回,即表示在返回的Handle中可以不阻塞的執行返回的事件類型。這個模塊一般使用操作系統的select來實現。在Java NIO中用Selector來封裝,當Selector.select()返回時,可以調用Selector的selectedKeys()方法獲取Set<SelectionKey>,一個SelectionKey表達一個有事件發生的Channel以及該Channel上的事件類型。上圖的“Synchronous Event Demultiplexer ---notifies--> Handle”的流程如果是對的,那內部實現應該是select()方法在事件到來后會先設置Handle的狀態,然后返回。不了解內部實現機制,因而保留原圖。

Initiation Dispatcher:用于管理Event Handler,即EventHandler的容器,用以注冊、移除EventHandler等;另外,它還作為Reactor模式的入口調用Synchronous Event Demultiplexer的select方法以阻塞等待事件返回,當阻塞等待返回時,根據事件發生的Handle將其分發給對應的Event Handler處理,即回調EventHandler中的handle_event()方法。

Event Handler:定義事件處理方法:handle_event(),以供InitiationDispatcher回調使用。
Concrete Event Handler:事件EventHandler接口,實現特定事件處理邏輯。

Reactor模式模塊之間的交互

簡單描述一下Reactor各個模塊之間的交互流程,先從序列圖開始:


Reactor_Sequence.png
  1. 初始化InitiationDispatcher,并初始化一個HandleEventHandlerMap。
  2. 注冊EventHandlerInitiationDispatcher中,每個EventHandler包含對相應Handle的引用,從而建立HandleEventHandler的映射(Map)。
  3. 調用InitiationDispatcherhandle_events()方法以啟動Event Loop。在Event Loop中,調用select()方法(Synchronous Event Demultiplexer)阻塞等待Event發生。
  4. 當某個或某些HandleEvent發生后,select()方法返回,InitiationDispatcher根據返回的Handle找到注冊的EventHandler,并回調該EventHandlerhandle_events()方法。
  5. EventHandlerhandle_events()方法中還可以向InitiationDispatcher中注冊新的Eventhandler,比如對AcceptorEventHandler來,當有新的client連接時,它會產生新的EventHandler以處理新的連接,并注冊到InitiationDispatcher中。

Reactor模式實現

Reactor An Object Behavioral Pattern for Demultiplexing and Dispatching Handles for Synchronous Events中,一直以Logging Server來分析Reactor模式,這個Logging Server的實現完全遵循這里對Reactor描述,因而放在這里以做參考。Logging Server中的Reactor模式實現分兩個部分:Client連接到Logging Server和Client向Logging Server寫Log。因而對它的描述分成這兩個步驟。
Client連接到Logging Server

Reactor_LoggingServer_connect.png

  1. Logging Server注冊LoggingAcceptorInitiationDispatcher。
  2. Logging Server調用InitiationDispatcher的handle_events()方法啟動。
  3. InitiationDispatcher內部調用select()方法(Synchronous Event Demultiplexer),阻塞等待Client連接。
  4. Client連接到Logging Server
  5. InitiationDisptcher中的select()方法返回,并通知LoggingAcceptor有新的連接到來。
  6. LoggingAcceptor調用accept方法accept這個新連接。
  7. LoggingAcceptor創建新的LoggingHandler。
  8. 新的LoggingHandler注冊到InitiationDispatcher中(同時也注冊到Synchonous Event Demultiplexer中),等待Client發起寫log請求。
    Client向Logging Server寫Log
    Reactor_LoggingServer_log.png
  9. Client發送log到Logging server。
  10. InitiationDispatcher監測到相應的Handle中有事件發生,返回阻塞等待,根據返回的Handle找到LoggingHandler,并回調LoggingHandler中的handle_event()方法。
  11. LoggingHandler中的handle_event()方法中讀取Handle中的log信息。
  12. 將接收到的log寫入到日志文件、數據庫等設備中。
    3.4步驟循環直到當前日志處理完成。
  13. 返回到InitiationDispatcher等待下一次日志寫請求。

尊重原著,轉載出:http://www.blogjava.net/DLevin/archive/2015/09/02/427045.html
有關資料:http://www.dre.vanderbilt.edu/~schmidt/PDF/reactor-siemens.pdf

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