一、单Reactor单线程模式
1、 工作原理图;
2、 方案说明;
1、Select是前面I/O复用模型介绍的标准网络编程API,可以实现应用程序通过一个阻塞对象监听多路连接请求。
2、Reactor对象通过Select监控客户端请求事件,收到事件后通过Dispatch进行分发。
3、如果是建立连接请求事件,则由Acceptor通过Accept处理连接请求,然后创建一个Handler对象处理连接完成后的后续业务处理。
4、如果不是建立连接事件,则Reactor会分发调用连接对应的Handler来响应。
5、Handler会完成Read->业务处理->Send的完整业务流程。
3、 实例方案;
服务器端用一个线程通过多路复用搞定所有的IO操作(包括连接、读、写等),编码简单,清晰明了,但是如果客户端连接数量较多,将无法支撑。
4、 问题;
在处理高并发的时候,存在瓶颈。
5、 方案优缺点分析;
1、优点:模型简单,没有多线程、进程通信、竞争的问题,全部都在一个线程中完成。
2、缺点:性能问题,只有一个线程,无法完全发挥多核CPU的性能。Handler在处理某个连接上的业务时,整个进程无法处理其他连接事件,很容易导致性能瓶颈。
3、缺点:可靠性问题,线程意外终止,或者进入死循环,会导致整个系统通信模块不可用,不能接收和处理外部消息,造成节点故障。
4、使用场景:客户端的数量有限,业务处理非常快速,比如Redis在业务处理的时间复杂度O(1)的情况。
二、单Reactor多线程
1、 工作原理图;
2、 方案说明;
1、Reactor对象通过select监控客户端请求事件,收到事件后,通过dispatch进行分发。
2、如果是建立连接请求,则由Acceptor通过accept处理连接请求,然后创建一个Handler对象处理完成连接后的各种事件。
3、如果不是连接请求,则由Reactor分发调用连接对应的Handler来处理。
4、Handler只负责响应事件,不做具体的业务处理,通过read读取数据后,会分发给后面的worker线程池的某个线程处理业务。
5、worker线程池会分配独立的线程,完成真正的业务,并将结果返回给Handler。
6、Handler通过send将结果返回给client。
3、 方案优缺点;
1、优点:可以充分的利用多核CPU的处理能力。
2、缺点:多线程数据共享和访问比较复杂。Reactor处理所有的事件的监听和响应,在单线程运行,在高并发场景容易出现性能瓶颈。
三、主从Reactor多线程
1、 工作原理图;
2、 方案说明;
1、Reactor主线程MainReactor对象通过select监听连接事件,收到事件后,通过Acceptor处理连接事件。
2、当Acceptor处理连接事件后,MainReactor将连接分配给SubReactor。
3、SubReactor将连接加入到连接队列进行监听,并创建Handler进行各种事件处理。
4、当有新事件发生时,SubReactor就会调用对应的Handler进行处理。
5、Handler通过read读取数据,分发给后面的worker线程处理。
6、worker线程池分配独立的worker线程进行业务处理,并返回结果。
7、Handler收到响应的结果后,再通过send方法将结果返回给client。
8、Reactor主线程可以对应多个Reactor子线程,即MainReactor可以关联多个SubReactor。
3、 ScalableIOinJava对MultipleReactors的原理图解;
4、 方案优缺点说明;
1、优点:父线程与子线程职责明确,父线程只需要接收新连接,子线程完成后续的业务处理。
2、优点:父线程与子线程的数据交互简单,Reactor主线程只需要把新连接传给子线程,子线程无需返回数据。
3、缺点:编程复杂度高。
5、 实例方案;
这种模型在许多项目中广泛使用,包括nginx用到主从Reactor多进程模型,Memcached主从多线程,Netty主从多线程模型的支持。
四、Reactor模式小结
1、 3种模式用生活案例来理解;
1、单Reactor单线程,前台接待员和服务员是同一个人,全程为顾客服务。
2、单Reactor多线程,1个前台接待员,多个服务员,接待员只负责接待。
3、主从Reactor多线程,1个前台主管,多个前台接待员,多个服务员。
2、 Reactor模式具有如下优点;
1、响应快,不必为单个同步事件所阻塞,虽然Reactor本身依然是同步的。
2、可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题,并且避免了多线程/进程的切换开销。
3、扩展性好,可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源。
4、复用性好,Reactor模型本身与具体事件处理逻辑无关,具有很高的复用性。