Reactor模式是處理并發(fā)I/O比較常見(jiàn)的一種模式，用于同步I/O，中心思想是將所有要處理的I/O事件注冊(cè)到一個(gè)中心I/O多路復(fù)用器上，同時(shí)主線程阻塞在多路復(fù)用器上；一旦有I/O事件到來(lái)或是準(zhǔn)備就緒(區(qū)別在于多路復(fù)用器是邊沿觸發(fā)還是水平觸發(fā))，多路復(fù)用器返回并將相應(yīng)I/O事件分發(fā)到對(duì)應(yīng)的處理器中。

Reactor是一種事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，和普通函數(shù)調(diào)用的不同之處在于：應(yīng)用程序不是主動(dòng)的調(diào)用某個(gè)API完成處理，而是恰恰相反，Reactor逆置了事件處理流程，應(yīng)用程序需要提供相應(yīng)的接口并注冊(cè)到Reactor上，如果相應(yīng)的事件發(fā)生，Reactor將主動(dòng)調(diào)用應(yīng)用程序注冊(cè)的接口，這些接口又稱(chēng)為“回調(diào)函數(shù)”。用“好萊塢原則”來(lái)形容Reactor再合適不過(guò)了：不要打電話給我們，我們會(huì)打電話通知你。

Reactor模式與Observer模式在某些方面極為相似：當(dāng)一個(gè)主體發(fā)生改變時(shí)，所有依屬體都得到通知。不過(guò)，觀察者模式與單個(gè)事件源關(guān)聯(lián)，而反應(yīng)器模式則與多個(gè)事件源關(guān)聯(lián) 。 

模式框架

1）　Handle 

Handle代表操作系統(tǒng)管理的資源，包括：網(wǎng)絡(luò)鏈接，打開(kāi)的文件，計(jì)時(shí)器，同步對(duì)象等等。Linux上是文件描述符，Windows上就是Socket或者Handle了，這里統(tǒng)一稱(chēng)為“句柄集”；程序在指定的句柄上注冊(cè)關(guān)心的事件，比如I/O事件。 

2）　Event Demultiplexer 

事件分離器，由操作系統(tǒng)提供，在linux上一般是select, poll, epoll等系統(tǒng)調(diào)用，在一個(gè)Handle集合上等待事件的發(fā)生。接受client連接，建立對(duì)應(yīng)client的事件處理器（Event Handler），并向事件分發(fā)器（Reactor）注冊(cè)此事件處理器（Handler）。 

3）　Reactor(Initiation Dispatcher) 

提供接口：注冊(cè)，刪除和派發(fā)Event Handler。Event Demultiplexer等待事件的發(fā)生，當(dāng)檢測(cè)到新的事件，就把事件交給Initiation Dispatcher，它去回調(diào)Event Handler。 

4）　Event Handler 

事件處理器，負(fù)責(zé)處理特定事件的處理函數(shù)。一般在基本的Handler基礎(chǔ)上還會(huì)有更進(jìn)一步的層次劃分，用來(lái)抽象諸如decode，process和encoder這些過(guò)程。比如對(duì)Web Server而言，decode通常是HTTP請(qǐng)求的解析，process的過(guò)程會(huì)進(jìn)一步涉及到Listner和Servlet的調(diào)用。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，Event Handler通常被設(shè)計(jì)成狀態(tài)機(jī)，按GoF的state pattern來(lái)實(shí)現(xiàn)。 

5） Concrete Event Handler 

繼承上面的類(lèi)，實(shí)現(xiàn)鉤子方法。應(yīng)用把Concrete Event Handler注冊(cè)到Reactor，等待被處理的事件。當(dāng)事件發(fā)生，這些方法被回調(diào)。 

事件處理流程

模式模型

應(yīng)用場(chǎng)景舉例

場(chǎng)景：長(zhǎng)途客車(chē)在路途上，有人上車(chē)有人下車(chē)，但是乘客總是希望能夠在客車(chē)上得到休息。

傳統(tǒng)做法：每隔一段時(shí)間（或每一個(gè)站），司機(jī)或售票員對(duì)每一個(gè)乘客詢(xún)問(wèn)是否下車(chē)。

Reactor做法：汽車(chē)是乘客訪問(wèn)的主體（Reactor），乘客上車(chē)后，到售票員（acceptor）處登記，之后乘客便可以休息睡覺(jué)去了，當(dāng)?shù)竭_(dá)乘客所要到達(dá)的目的地后，售票員將其喚醒即可。

1) 單線程模型

這是最簡(jiǎn)單的單Reactor單線程模型。Reactor線程是個(gè)多面手，負(fù)責(zé)多路分離套接字，Accept新連接，并分派請(qǐng)求到處理器鏈中。該模型適用于處理器鏈中業(yè)務(wù)處理組件能快速完成的場(chǎng)景。不過(guò)這種單線程模型不能充分利用多核資源，所以實(shí)際使用的不多。 

2) 多線程模型（單Reactor） 

相比上一種模型，該模型在事件處理器（Handler）鏈部分采用了多線程（線程池），也是后端程序常用的模型。 

3) 多線程模型（多Reactor） 

這個(gè)模型比起第二種模型，它是將Reactor分成兩部分，mainReactor負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)并accept新連接，然后將建立的socket通過(guò)多路復(fù)用器（Acceptor）分派給subReactor。subReactor負(fù)責(zé)多路分離已連接的socket，讀寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)處理功能，其交給worker線程池完成。通常，subReactor個(gè)數(shù)上可與CPU個(gè)數(shù)等同。

優(yōu)缺點(diǎn) 

優(yōu)點(diǎn) 

• 響應(yīng)快，不必為單個(gè)同步時(shí)間所阻塞，雖然Reactor本身依然是同步的；

• 編程相對(duì)簡(jiǎn)單，可以最大程度的避免復(fù)雜的多線程及同步問(wèn)題，并且避免了多線程/進(jìn)程的切換開(kāi)銷(xiāo)；

• 可擴(kuò)展性，可以方便的通過(guò)增加Reactor實(shí)例個(gè)數(shù)來(lái)充分利用CPU資源；

• 可復(fù)用性，Reactor框架本身與具體事件處理邏輯無(wú)關(guān)，具有很高的復(fù)用性； 

缺點(diǎn) 

• 應(yīng)用受限制：Reactor模式只能應(yīng)用在支持Handle的操作系統(tǒng)上。雖然可以使用多線程模擬Reactor，但因?yàn)橥娇刂坪蜕舷挛那袚Q的要求，這種實(shí)現(xiàn)效率低，與Reactor模式出發(fā)點(diǎn)相違背。

• 非搶占模式：在單線程的實(shí)現(xiàn)這種情況下，事件的處理必須不能使用阻塞的I/O，因此，如果存在長(zhǎng)期操作，比如傳輸大量的數(shù)據(jù)。使用主動(dòng)對(duì)象，效率可能更好，主動(dòng)對(duì)象可以并發(fā)的處理這些任務(wù)。

• 難以調(diào)試：使用Reactor模式的應(yīng)用程序可能會(huì)難以調(diào)試，因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行的控制流會(huì)在框架和應(yīng)用相關(guān)的處理器之間跳轉(zhuǎn)，不了解框架的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員難一跟著調(diào)試。 

相關(guān)庫(kù) 

ACE 

ACE是一個(gè)大型的中間件產(chǎn)品，代碼20萬(wàn)行左右，過(guò)于宏大，一堆的設(shè)計(jì)模式，架構(gòu)了一層又一層，使用的時(shí)候，要根據(jù)情況，看從那一層來(lái)進(jìn)行使用。支持跨平臺(tái)。 

設(shè)計(jì)模式 ：ACE主要應(yīng)用了Reactor,Proactor等； 

層次架構(gòu) ：ACE底層是C風(fēng)格的OS適配層，上一層基于C++的wrap類(lèi)，再上一層是一些框架 (Accpetor,Connector,Reactor,Proactor等)，最上一層是框架上服務(wù)； 

可移植性 ：ACE支持多種平臺(tái)，可移植性不存在問(wèn)題，據(jù)說(shuō)socket編程在linux下有不少bugs； 

事件分派處理 ：ACE主要是注冊(cè)handler類(lèi)，當(dāng)事件分派時(shí)，調(diào)用其handler的虛掛勾函數(shù)。實(shí)現(xiàn) ACE_Handler/ACE_Svc_Handler/ACE_Event_handler等類(lèi)的虛函數(shù)； 

涉及范圍 ：ACE包含了日志，IPC,線程池，共享內(nèi)存，配置服務(wù)，遞歸鎖，定時(shí)器等； 

線程調(diào)度 ：ACE的Reactor是單線程調(diào)度，Proactor支持多線程調(diào)度； 

發(fā)布方式 ：ACE是開(kāi)源免費(fèi)的，不依賴(lài)于第三方庫(kù)，一般應(yīng)用使用它時(shí)，以動(dòng)態(tài)鏈接的方式發(fā)布動(dòng)態(tài)庫(kù)；開(kāi)發(fā)難度 ：基于ACE開(kāi)發(fā)應(yīng)用，對(duì)程序員要求比較高，要用好它，必須非常了解其框架。在其框架下開(kāi)發(fā)，往往new出一個(gè)對(duì)象，不知在什么地方釋放好。 

Libevent 

libevent是一個(gè)C語(yǔ)言寫(xiě)的網(wǎng)絡(luò)庫(kù)，官方主要支持的是類(lèi)linux操作系統(tǒng)，最新的版本添加了對(duì)windows的IOCP的支持。在跨平臺(tái)方面主要通過(guò)select模型來(lái)進(jìn)行支持。 

設(shè)計(jì)模式 ：libevent為Reactor模式； 

層次架構(gòu)：livevent在不同的操作系統(tǒng)下，做了多路復(fù)用模型的抽象，可以選擇使用不同的模型，通過(guò)事件函數(shù)提供服務(wù)； 

可移植性 ：libevent主要支持linux平臺(tái)，freebsd平臺(tái)，其他平臺(tái)下通過(guò)select模型進(jìn)行支持，效率不是太高； 

事件分派處理 ：libevent基于注冊(cè)的事件回調(diào)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)事件分發(fā)；

涉及范圍 ：libevent只提供了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)API的封裝，線程池，內(nèi)存池，遞歸鎖等均需要自己實(shí)現(xiàn)；

線程調(diào)度 ：libevent的線程調(diào)度需要自己來(lái)注冊(cè)不同的事件句柄；

發(fā)布方式 ：libevent為開(kāi)源免費(fèi)的，一般編譯為靜態(tài)庫(kù)進(jìn)行使用；

開(kāi)發(fā)難度 ：基于libevent開(kāi)發(fā)應(yīng)用，相對(duì)容易，具體可以參考memcached這個(gè)開(kāi)源的應(yīng)用，里面使用了 libevent這個(gè)庫(kù)。 

Libev

與 libevent 一樣，libev 系統(tǒng)也是基于事件循環(huán)的系統(tǒng)，它在 poll()、select() 等機(jī)制的本機(jī)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上提供基于事件的循環(huán)。libev 實(shí)現(xiàn)的開(kāi)銷(xiāo)更低，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果。 

Reactor模式在DSS中的體現(xiàn)

Darwin流媒體服務(wù)器是由父進(jìn)程及其fork出來(lái)的子進(jìn)程構(gòu)成的，子進(jìn)程就是核心服務(wù)器。父進(jìn)程的職責(zé)就是等待子進(jìn)程退出。如果子進(jìn)程出錯(cuò)退出，則父進(jìn)程就會(huì)fork一個(gè)新的子進(jìn)程，從而保證視頻服務(wù)器繼續(xù)提供服務(wù)。核心服務(wù)器的作用是充當(dāng)VOD(視頻點(diǎn)播)客戶(hù)端與服務(wù)器模塊之間的接口，VOD客戶(hù)端采用RTP和RTSP協(xié)議向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求并接收響應(yīng)，服務(wù)器模塊負(fù)責(zé)處理VOD客戶(hù)端的請(qǐng)求并向VOD客戶(hù)端發(fā)送數(shù)據(jù)包。

在DSS中，除主線程以外，還有有三種類(lèi)型的線程：

• TaskThread：TaskThread通過(guò)運(yùn)行Task類(lèi)型對(duì)象的Run方法來(lái)完成相應(yīng)Task的處理。典型的Task類(lèi)型是RTSPSession和RTPSession。TaskThread的個(gè)數(shù)是可配置的，缺省情況下TaskThread的個(gè)數(shù)與處理器的個(gè)數(shù)一致。等待被TaskThread調(diào)用并運(yùn)行的Task放在隊(duì)列或者堆中。

• EventThread：EventThread負(fù)責(zé)偵聽(tīng)套接口事件，在DSS中，有兩種被偵聽(tīng)的事件，分別是建立RTSP連接請(qǐng)求的到達(dá)和RTSP請(qǐng)求的到達(dá)。對(duì)于RTSP連接請(qǐng)求的事件，EventThread建立一個(gè)RTSP
  Session，并啟動(dòng)針對(duì)相應(yīng)的socket的偵聽(tīng)。對(duì)于RTSP請(qǐng)求的事件，EventThread把對(duì)應(yīng)的RTSPSession類(lèi)型的Task加入到TaskThread的隊(duì)列中，等待RTSP請(qǐng)求被處理。

• IdleTaskThread：IdleTaskThread管理IdleTask類(lèi)型對(duì)象的隊(duì)列，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的定時(shí)器觸發(fā)IdleTask的調(diào)度。TCPListenerSocket就是一個(gè)IdleTask的派生類(lèi)，當(dāng)并發(fā)連接數(shù)達(dá)到設(shè)定的最大值時(shí)，會(huì)把派生自TCPListenerSocket的RTSPListenerSocket加入到IdleTaskThread管理的IdleTask隊(duì)列中，暫時(shí)停止對(duì)RTSP端口的偵聽(tīng)，直到被設(shè)定好的定時(shí)器觸發(fā)。

下圖是Darwin Streaming Server核心架構(gòu)的示意圖。在這個(gè)示意圖中有三種類(lèi)型的要素，分別是線程，Task隊(duì)列或者堆，被偵聽(tīng)的事件。 

其中，事件線程（Event thread）是Event Demultiplexer（事件分離器），任務(wù)線程（Task threads）是Event Handler（事件處理器）。

這里的主線程（Main thread）就是Reactor模式中的Reactor(Initiation Dispatcher)。