Reactor 和 Proactor 是基于事件驅(qū)動(dòng)，在網(wǎng)絡(luò)編程中經(jīng)常用到兩種設(shè)計(jì)模式。

曾經(jīng)在一個(gè)項(xiàng)目中用到了網(wǎng)絡(luò)庫 libevent，也學(xué)習(xí)了一段時(shí)間，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)所用到的就是 Reactor，所知道的還有 ACE；Proactor 模式的庫有 Boost.Asio，ACE，暫時(shí)沒有用過。但我也翻閱了一些文檔，理解了它的實(shí)現(xiàn)方法。下面是我在學(xué)習(xí)這兩種設(shè)計(jì)模式過程的筆記。

Reactor

Reactor，即反應(yīng)堆。Reactor 的一般工作過程是首先在 Reactor?中注冊(cè)（Reactor）感興趣事件，并在注冊(cè)時(shí)候指定某個(gè)已定義的回調(diào)函數(shù)（callback）；當(dāng)客戶端發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，在 Reactor?中會(huì)觸發(fā)剛才注冊(cè)的事件，并調(diào)用對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)。在這一個(gè)處理回調(diào)函數(shù)中，一般會(huì)有數(shù)據(jù)接收、處理、回復(fù)請(qǐng)求等操作。

libevent 采用的就是 Reactor?的設(shè)計(jì)思想。其?Reactor?的中心思想是眾所周知的 I/O 多路復(fù)用：select,poll,epoll,kqueue 等.libevent 精彩的將定時(shí)事件，信號(hào)處理，I/O 事件結(jié)合在在一起，也就是說用戶同時(shí)在 Reactor?中注冊(cè)上述三類事件。遺憾的是，libevent 不支持多線程，也就是說它同步處理請(qǐng)求，導(dǎo)致不能處理大量的請(qǐng)求；這樣并不是說 Reactor?實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)庫都不支持多線程，而是 libevent 本身的原因，我們也可以通過修改讓 ilbevent 支持多線程，并發(fā)處理多個(gè)請(qǐng)求。

下面是 libevent 的一段代碼，大概能夠說明 Reactor?工作模式：

/*accept callback function.*/ void accept_callback(int fd, ?????????????????????shortev,void *arg) { ????...... } ...... struct event accept_event; event_set(&accept_event, ????????socketlisten, ????????EV_READ|EV_PERSIST, ????????accept_callback, ????????NULL); event_add(&accept_event, ????????NULL); event_dispatch();

Proactor

從上面 Reactor?模式中，發(fā)現(xiàn)服務(wù)端數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送都占用了用戶狀態(tài)（還有一種內(nèi)核態(tài)），這樣服務(wù)器的處理操作就在數(shù)據(jù)的讀寫上阻塞花費(fèi)了時(shí)間，節(jié)省這些時(shí)間的辦法是借助操作系統(tǒng)的異步讀寫；異步讀寫在調(diào)用的時(shí)候可以傳遞回調(diào)函數(shù)或者回送信號(hào)，當(dāng)異步操作完畢，內(nèi)核會(huì)自動(dòng)調(diào)用回調(diào)函數(shù)或者發(fā)送信號(hào)。Proactor 就是這么做的，所以很依賴操作系統(tǒng)。來一幅 UML：

和時(shí)序圖：

注：這兩幅美艷的圖片來自?Proactor.doc，下面會(huì)提到.

Proactor?的實(shí)現(xiàn)主要有三個(gè)部分：異步操作處理器，Proactor 和 事件處理函數(shù)。其中：

- 異步操作處理器，很依賴操作系統(tǒng)的異步處理機(jī)制，如若操作系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)，我們可以自行模擬，即開專門的數(shù)據(jù)讀寫線程，數(shù)據(jù)讀寫完畢觸發(fā)相應(yīng)的時(shí)間（如果有注冊(cè)的話）； - Proactor，會(huì)接收異步操作的提醒，調(diào)用相應(yīng)的事件處理函數(shù)，它有自己的 event loop； - 事件處理函數(shù)，事件觸發(fā)，執(zhí)行操作；

曾經(jīng)看過 Proactor.doc，作者是 Douglas C.?Schmidt，你可以在這里閱讀此文檔。里面的關(guān)于 Proactor?的講解很精彩，部分摘抄和自己的理解如下：當(dāng)連接 web 服務(wù)器時(shí)：

• web 服務(wù)器指定（1）接收器，此接收器相當(dāng)于服務(wù)器的客戶端，它可以啟動(dòng)異步的 accept 操作；
• 接收器調(diào)用操作系統(tǒng)上的異步接收操作（2），并傳遞自己和 Proactor?的引用；異步接收操作結(jié)束后，前者用作事件處理函數(shù)，后者會(huì)回過頭來分發(fā)事件；注：傳遞 Proactor?是為了讓操作系統(tǒng)通知正確的 Proactor，可能會(huì)存在多個(gè) Proactor；傳遞接收器自己是為了在異步接收操作結(jié)束后 Proactor?能調(diào)用正確的事件處理函數(shù)，以下同理。
• web 服務(wù)器調(diào)用 Proactor?的事件循環(huán)；（3）
• web 瀏覽器連接 web 服務(wù)器；（4）
• 異步接收操作結(jié)束后，操作系統(tǒng)產(chǎn)生事件（通過回調(diào)或者信號(hào)）并通知 Proactor（5），Proactor 收到后會(huì)調(diào)用相應(yīng)的事件處理函數(shù)，即交由接收器處理；（6）
• 接收器生成 HTTP 處理器，執(zhí)行操作；（7）
• HTTP 處理器解析事件，啟動(dòng)異步讀操作（8），獲取來自瀏覽器的 GET 請(qǐng)求。同樣，HTTP 處理器傳遞自己和 Proactor?的引用；
• web 服務(wù)器的控制權(quán)交還回 Proactor?的事件循環(huán)。（9）

接收 GET 請(qǐng)求過后，會(huì)處理數(shù)據(jù)：

• 瀏覽器發(fā)送（1）一個(gè) HTTP GET 請(qǐng)求；
• 異步讀操作結(jié)束后，操作系統(tǒng)會(huì)通知 Proactor，Proactor 分發(fā)給事件處理函數(shù)；（2，3）
• 事件處理器解析請(qǐng)求。（4）2-4 步驟會(huì)重復(fù)，指導(dǎo)所有的數(shù)據(jù)都接收為止；
• 事件處理器產(chǎn)生答復(fù)數(shù)據(jù)；（5）
• HTTP 處理器啟動(dòng)異步寫操作（6），傳輸應(yīng)答數(shù)據(jù)，同樣的這里還會(huì)傳遞處理器自己和 Proactor；
• 異步寫操作結(jié)束，操作系統(tǒng)通知 Proactor（7），Proactor 分發(fā)給事件處理函數(shù)（8）。6-8 步驟會(huì)重復(fù)直到所有的數(shù)據(jù)寫完為止。至此，一個(gè)請(qǐng)求回復(fù)完成。

總結(jié)

相比網(wǎng)絡(luò)編程中最簡單的思路模式：bind,listen,accept,read,server operator,write，Reactor 和 Proactor 是兩種高性能的設(shè)計(jì)模式，掌握此兩種模式，有助于理解一些網(wǎng)絡(luò)庫的工作流程。此文提到了兩種設(shè)計(jì)模式，但沒有一些技術(shù)細(xì)節(jié)，譬如多線程同步。如果在 Reactor 中支持多線程，或多個(gè)線程共享一個(gè) Proactor，線程的同步問題就來了。共享一篇印象筆記關(guān)于線程的綜合討論：這里.

《Comparing Two High-Performance I/O Design Patterns》提到一個(gè)將 Reactor 模擬 Proactor 而不借助操作系統(tǒng)異步機(jī)制的方法：同樣在 Reactor 注冊(cè)感興趣的事件（比如讀），當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，執(zhí)行非阻塞的讀，讀畢即才調(diào)用數(shù)據(jù)處理——假異步。

最后，實(shí)踐出真知。歡迎討論。

參考：

- Proactor.pdf，http://www.laputan.org/pub/sag/proactor.pdf

- 《Comparing Two High-Performance I/O Design Patterns》，http://www.artima.com/articles/io_design_patterns.html

- 《libevent源碼深度剖析》，http://blog.csdn.net/sparkliang/article/details/4957667

- 《?IO - 同步，異步，阻塞，非阻塞 （亡羊補(bǔ)牢篇）》，http://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378

搗亂 2013-08-21

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的两种高性能 I/O 设计模式 Reactor 和 Proactor的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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