Reactor模型如何实现
这篇文章主要介绍了Reactor模型如何实现的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇Reactor模型如何实现文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。
一. Reactor设计模式
Reactor翻译过来的意思是：反应堆，所以Reactor设计模式本质是基于事件驱动的。在Reactor设计模式中，存在如下几个角色。
Handle（事件）。Reactor整体是基于Handle进行驱动，这里的Handle叫做事件，可以类比为BIO中的Socket，NIO中的Socket管道。比如当Socket管道有连接建立，或者有数据可读，那么此时就称作事件发生；
EventHandler(事件处理器)。有事件发生，就需要有相应的组件来处理事件，那么这里的组件就叫做事件处理器。EventHandler是一个抽象概念，其会有不同的具体实现，因为事件会有不同的类型，那么不同类型的事件，肯定都需要有相应的具体处理逻辑，这里的具体处理逻辑，就由EventHandler的具体实现来承载；
Concrete Event Handler（具体事件处理器）。是EventHandler的具体实现，用于处理不同类型的事件；
Synchronous Event Demultiplexer（事件多路分解器）。（这里将Synchronous Event Demultiplexer简称为Demultiplexer）Demultiplexer用于监听事件并得到所有发生事件的集合，在监听的状态下是阻塞的，直到有事件发生为止。Demultiplexer有一个很好的类比，就是NIO中的多路复用器Selector，当调用Selector的select() 方法后，会进入监听状态，当从select() 方法返回时，会得到SelectionKey的一个集合，而每一个SelectionKey中就保存着有事件发生的Socket管道；
Initiation Dispatcher（事件分发器）。现在已经有Concrete Event Handler（具体事件处理器）来处理不同的事件，也能通过Synchronous Event Demultiplexer（事件多路分解器）拿到发生的事件，那么最后需要做的事情，肯定就是将事件分发到正确的事件处理器上进行处理，而Initiation Dispatcher就是完成这个分发的事情。
Reactor设计模式的一个简单类图，如下所示。
通常，Reactor设计模式中的Reactor，可以理解为上述图中的Synchronous Event Demultiplexer + Initiation Dispatcher。
二. 单Reactor单线程模型
单Reactor单线程模型中，只有一个Reactor在监听事件和分发事件，并且监听事件，分发事件和处理事件都在一个线程中完成。示意图如下所示。
上述示意图中，一次完整的处理流程可以概括如下。
Reactor监听到ACCEPT事件发生，表示此时有客户端建立连接；
Reactor将ACCEPT事件分发给Acceptor处理；
Acceptor会在服务端创建与客户端通信的client-socket管道，然后注册到IO多路复用器selector上，并监听READ事件；
Reactor监听到READ事件发生，表示此时客户端数据可读；
Reactor将ACCEPT事件分发给Handler处理，Handler处理READ事件就会基于client-socket管道完成客户端数据的读取。
下面将基于Java语言，实现一个简单的单Reactor单线程模型的服务端，整体代码实现完全符合上述示意图，大家可以进行参照阅读。
首先实现Reactor，如下所示。
publicclassReactorimplementsRunnable{privatefinalSelectorselector;publicReactor(intport)throwsIOException{//开启多路复用selector=Selector.open();//服务端创建listen-socket管道ServerSocketChannellistenSocketChannel=ServerSocketChannel.open();//绑定端口listenSocketChannel.socket().bind(newInetSocketAddress(port));//设置为非阻塞模式listenSocketChannel.configureBlocking(false);//ACCEPT事件的附加器是AcceptorlistenSocketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT,newAcceptor(selector,listenSocketChannel));}@Overridepublicvoidrun(){while(!Thread.interrupted()){try{//获取发生的事件selector.select();Set<SelectionKey>selectionKeys=selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey>iterable=selectionKeys.iterator();while(iterable.hasNext()){//对事件进行分发dispatch(iterable.next());iterable.remove();}}catch(IOExceptione){e.printStackTrace();}LockSupport.parkNanos(1000*1000*1000);}}privatevoiddispatch(SelectionKeyselectionKey){//获取事件的附加器//ACCEPT事件的附加器是Acceptor，故由Acceptor来处理ACCEPT事件//READ事件的附加器是Handler，故由Handler来处理READ事件Runnableattachment=(Runnable)selectionKey.attachment();if(attachment!=null){attachment.run();}}}已知Reactor会监听客户端连接的ACCEPT事件，还已知ACCEPT事件由Acceptor处理，所以在向多路复用器注册服务端用于监听客户端连接的listen-socket管道时，添加了一个Acceptor作为附加器，那么当发生ACCEPT事件时，就能够获取到作为ACCEPT事件附加器的Acceptor来处理ACCEPT事件。
下面看一下Acceptor的实现，如下所示。
publicclassAcceptorimplementsRunnable{privatefinalSelectorselector;privatefinalServerSocketChannellistenSocketChannel;publicAcceptor(Selectorselector,ServerSocketChannellistenSocketChannel){this.selector=selector;this.listenSocketChannel=listenSocketChannel;}@Overridepublicvoidrun(){try{//为连接的客户端创建client-socket管道SocketChannelclientSocketChannel=listenSocketChannel.accept();//设置为非阻塞clientSocketChannel.configureBlocking(false);//READ事件的附加器是HandlerclientSocketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ,newHandler(clientSocketChannel));}catch(IOExceptione){e.printStackTrace();}}}在Acceptor中就是在服务端创建与客户端通信的client-socket管道，然后注册到多路复用器上并指定监听READ事件，同时又因为READ事件由Handler处理，所以还添加了一个Handler作为附加器，当READ事件发生时可以获取到作为READ事件附加器的Handler来处理READ事件。
下面看一下Handler的实现，如下所示。
publicclassHandlerimplementsRunnable{privatefinalSocketChannelclientSocketChannel;publicHandler(SocketChannelclientSocketChannel){this.clientSocketChannel=clientSocketChannel;}@Overridepublicvoidrun(){ByteBufferbyteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);try{//读取数据intread=clientSocketChannel.read(byteBuffer);if(read<=0){clientSocketChannel.close();}else{System.out.println(newString(byteBuffer.array()));}}catch(IOExceptione1){try{clientSocketChannel.close();}catch(IOExceptione2){e2.printStackTrace();}e1.printStackTrace();}}}在Handler中就是简单的读取数据并打印，当读取数据为空或者发生异常时，需要及时将管道关闭。
最后编写一个主程序将Reactor运行起来，如下所示。
publicclassMainServer{publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{ThreadreactorThread=newThread(newReactor(8080));reactorThread.start();}}现在来思考一下，单Reactor单线程模型有什么优点和缺点。优点其实就是模型简单，实现方便。缺点有两点，如下所示。
一个Reactor同时负责监听ACCEPT事件和READ事件；
只有一个线程在工作，处理效率低，无法利用多核CPU的优势。
但是尽管单Reactor单线程模型有上述的缺点，但是著名的缓存中间件Redis的服务端，就是使用的单Reactor单线程模型，示意图如下。
那为什么以性能著称的Redis会采取单Reactor单线程模型呢，其实就是因为Redis的操作都在内存中，读写都非常快速，所以单Reactor单线程模型也能运行得很流畅，同时还避免了多线程下的各种并发问题。
三. 单Reactor多线程模型
在理解了单Reactor单线程模型后，那么肯定就能想到，假如在Handler中处理READ事件的这个事情能够使用一个线程池来完成，从而就可以实现READ事件的处理不会阻塞主线程。而这样的一个模型，其实就是单Reactor多线程模型，示意图如下所示。
和单Reactor单线程模型唯一的不同，就是在Handler中多了一个线程池。
单Reactor多线程模型的代码实现，除了Handler以外，其余和单Reactor单线程模型一摸一样，所以下面就看一下单Reactor多线程模型中的Handler实现，如下所示。
publicclassHandlerimplementsRunnable{privatestaticfinalThreadPoolExecutorthreadPool=newThreadPoolExecutor(16,32,60,TimeUnit.SECONDS,newLinkedBlockingQueue<>(200));privatefinalSocketChannelclientSocketChannel;publicHandler(SocketChannelclientSocketChannel){this.clientSocketChannel=clientSocketChannel;}@Overridepublicvoidrun(){threadPool.execute(()->{ByteBufferbyteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);try{//读取数据intread=clientSocketChannel.read(byteBuffer);if(read<=0){clientSocketChannel.close();}else{System.out.println(newString(byteBuffer.array()));}//睡眠10S，演示任务执行耗时长也不会阻塞处理其它客户端请求LockSupport.parkNanos(1000*1000*1000*10L);}catch(IOExceptione1){try{clientSocketChannel.close();}catch(IOExceptione2){e2.printStackTrace();}e1.printStackTrace();}});}}其实就是每一个READ事件的处理会作为一个任务被扔到线程池中去处理。
单Reactor多线程模型虽然解决了只有一个线程的问题，但是可以发现，仍旧是只有一个Reactor在同时监听ACCEPT事件和READ事件。
那么现在思考一下，为什么一个Reactor同时监听ACCEPT事件和READ事件是不好的。其实就是因为通常客户端连接的建立是不频繁的，但是连接建立后数据的收发是频繁的，所以如果能够将监听READ事件这个动作拆分出来，让多个子Reactor来监听READ事件，而原来的主Reactor只监听ACCEPT事件，那么整体的效率，会进一步提升，而这，就是主从Reactor多线程模型。
四. 主从Reactor多线程模型
主从Reactor模型中，有一个主Reactor，专门监听ACCEPT事件，然后有多个从Reactor，专门监听READ事件，示意图如下所示。
上述示意图中，一次完整的处理流程可以概括如下。
主Reactor监听到ACCEPT事件发生，表示此时有客户端建立连接；
主Reactor将ACCEPT事件分发给Acceptor处理；
Acceptor会在服务端创建与客户端通信的client-socket管道，然后注册到从Reactor的IO多路复用器selector上，并监听READ事件；
从Reactor监听到READ事件发生，表示此时客户端数据可读；
从Reactor将ACCEPT事件分发给Handler处理，Handler处理READ事件就会基于client-socket管道完成客户端数据的读取。
下面将基于Java语言，实现一个简单的主从Reactor多线程模型的服务端，整体代码实现完全符合上述示意图，大家可以进行参照阅读。
首先是主Reactor的实现，如下所示。
publicclassMainReactorimplementsRunnable{privatefinalSelectorselector;publicMainReactor(intport)throwsIOException{//开多路复用器selector=Selector.open();//服务端创建listen-socket管道ServerSocketChannellistenSocketChannel=ServerSocketChannel.open();//设置为非阻塞listenSocketChannel.configureBlocking(false);//绑定监听端口listenSocketChannel.socket().bind(newInetSocketAddress(port));//将listen-socket管道绑定到主Reactor的多路复用器上//并且主Reactor上只会注册listen-socket管道，用于监听ACCEPT事件listenSocketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT,newAcceptor(listenSocketChannel));}@Overridepublicvoidrun(){while(!Thread.interrupted()){try{selector.select();Set<SelectionKey>selectionKeys=selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey>iterable=selectionKeys.iterator();while(iterable.hasNext()){//对事件进行分发dispatch(iterable.next());iterable.remove();}}catch(IOExceptione){e.printStackTrace();}LockSupport.parkNanos(1000*1000*1000);}}privatevoiddispatch(SelectionKeyselectionKey){//获取事件附加器，只会是AcceptorRunnableattachment=(Runnable)selectionKey.attachment();if(attachment!=null){attachment.run();}}}主Reactor的实现中，还是先创建服务端监听客户端连接的listen-socket管道，然后注册到主Reactor的IO多路复用器上，并监听ACCEPT事件，同时我们现在知道，主Reactor的IO多路复用器上只会注册listen-socket管道且只会监听ACCEPT事件。同样，也添加了一个Acceptor作为附加器，那么当发生ACCEPT事件时，就能够获取到作为ACCEPT事件附加器的Acceptor来处理ACCEPT事件。
下面是Acceptor的实现，如下所示。
publicclassAcceptorimplementsRunnable{//指定从Reactor一共有16个privatestaticfinalintTOTAL_SUBREACTOR_NUM=16;//服务端的listen-socket管道privatefinalServerSocketChannellistenSocketChannel;//用于运行从ReactorprivatefinalThreadPoolExecutorthreadPool=newThreadPoolExecutor(TOTAL_SUBREACTOR_NUM,TOTAL_SUBREACTOR_NUM*2,60,TimeUnit.SECONDS,newLinkedBlockingQueue<>(200));//从Reactor集合privatefinalList<SubReactor>subReactors=newArrayList<>(TOTAL_SUBREACTOR_NUM);publicAcceptor(ServerSocketChannellistenSocketChannel)throwsIOException{this.listenSocketChannel=listenSocketChannel;//将从Reactor初始化出来并运行for(inti=0;i<TOTAL_SUBREACTOR_NUM;i++){SubReactorsubReactor=newSubReactor(Selector.open());subReactors.add(subReactor);threadPool.execute(subReactor);}}@Overridepublicvoidrun(){try{//为连接的客户端创建client-socket管道SocketChannelclientSocketChannel=listenSocketChannel.accept();//设置为非阻塞clientSocketChannel.configureBlocking(false);//任意选择一个从Reactor，让其监听连接的客户端的READ事件Optional<SubReactor>anySubReactor=subReactors.stream().findAny();if(anySubReactor.isPresent()){SubReactorsubReactor=anySubReactor.get();//从Reactor的多路复用器会阻塞在select()方法上//这里需要先唤醒多路复用器，立即从select()方法返回subReactor.getSelector().wakeup();//让从Reactor负责处理客户端的READ事件clientSocketChannel.register(subReactor.getSelector(),SelectionKey.OP_READ,newHandler(clientSocketChannel));}}catch(IOExceptione){e.printStackTrace();}}}首先在Acceptor的构造函数中，会将所有从Reactor初始化出来，并且每一个从Reactor都会持有一个IO多路复用器。当一个从Reactor创建出来后就会立即运行，此时从Reactor的IO多路复用器就会开始监听，即阻塞在select() 方法上。
然后在Acceptor的主体逻辑中，会为连接的客户端创建client-socket管道，然后从所有从Reactor中基于某种策略（随机）选择一个从Reactor，并将client-socket管道注册在选择的从Reactor的IO多路复用器上，有一点需要注意，此时从Reactor的IO多路复用器可能会阻塞在select() 方法上，所以注册前需要先通过wakeup() 方法进行唤醒。
接下来继续看从Reactor的实现，如下所示。
publicclassSubReactorimplementsRunnable{privatefinalSelectorselector;publicSubReactor(Selectorselector){this.selector=selector;}@Overridepublicvoidrun(){while(!Thread.interrupted()){try{selector.select();Set<SelectionKey>selectionKeys=selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey>iterator=selectionKeys.iterator();while(iterator.hasNext()){//对事件进行分发dispatch(iterator.next());iterator.remove();}}catch(IOExceptione){e.printStackTrace();}LockSupport.parkNanos(1000*1000*1000);}}privatevoiddispatch(SelectionKeyselectionKey){//获取事件附加器，只会是HandlerRunnablerunnable=(Runnable)selectionKey.attachment();if(runnable!=null){runnable.run();}}publicSelectorgetSelector(){returnselector;}}从Reactor的实现中，会监听服务端为连接的客户端创建的client-socket管道上的READ事件，一旦有READ事件发生，就会使用作为附加器的Handler来处理READ事件。同样，从Reactor的IO多路复用器上只会注册client-socket管道且只会监听READ事件。
然后是Handler，因为是多线程模型，所以其实现和第三节中的Handler完全一样，下面再贴一下代码。
publicclassHandlerimplementsRunnable{privatestaticfinalThreadPoolExecutorthreadPool=newThreadPoolExecutor(16,32,60,TimeUnit.SECONDS,newLinkedBlockingQueue<>(200));privatefinalSocketChannelclientSocketChannel;publicHandler(SocketChannelclientSocketChannel){this.clientSocketChannel=clientSocketChannel;}@Overridepublicvoidrun(){threadPool.execute(()->{ByteBufferbyteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);try{//读取数据intread=clientSocketChannel.read(byteBuffer);if(read<=0){clientSocketChannel.close();}else{System.out.println(newString(byteBuffer.array()));}//睡眠10S，演示任务执行耗时长也不会阻塞处理其它客户端请求LockSupport.parkNanos(1000*1000*1000*10L);}catch(IOExceptione1){try{clientSocketChannel.close();}catch(IOExceptione2){e2.printStackTrace();}e1.printStackTrace();}});}}最后编写一个主程序将主Reactor运行起来，如下所示。
publicclassMainServer{publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{ThreadmainReactorThread=newThread(newMainReactor(8080));mainReactorThread.start();}}关于“Reactor模型如何实现”这篇文章的内容就介绍到这里，感谢各位的阅读！相信大家对“Reactor模型如何实现”知识都有一定的了解，大家如果还想学习更多知识，欢迎关注主机评测网行业资讯频道。
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