Reactor模型
- Reactor模型簡介
- 三類事件與三類角色
- Reactor模型整體流程
- 各種Reactor模型
- 單Reactor單線程模型
- 單Reactor多線程模型
- 主從Reactor模型
Reactor模型簡介
Reactor模型是服務器端用于處理高并發網絡IO請求的編程模型，與傳統的一請求一線程的同步式編程模型不同的是，Reactor模型是基于事件驅動的響應式編程模型，可以一個線程處理多個請求，并且是異步處理，在高并發場景下，性能大大的提升。
傳統的同步式編程模型如下：
服務端接收到請求后，從線程池中拿出一個線程（比如Tomcat里的線程池），經過Controller、Service、Dao的一頓處理，最后返回響應結果給客戶端。這種同步處理請求的方式效率并不高，可以應對一些并發量不高的場景。
基于事件驅動的響應式編程模型如下：
- 服務端啟動時，會創建Reactor反應器，然后會向Reactor注冊基本的事件類型與對應的Handler（比如網絡編程時的連接就緒事件與Acceptor）
- 當服務端接收到客戶端的請求時，服務端的Reactor就有事件就緒，Reactor會獲取到就緒的事件，在高并發場景下，Reactor有可能獲取到一批就緒的事件
- Reactor進事件分發，把事件分派給與之綁定的Handler中，Handler對事件的處理可以在當前線程中也可以在線程池中，當然在線程池中處理性能會更高
- Handler處理完畢后，如果后續還有其他處理步驟，則可以繼續注冊新的事件與對應的Handler到Reactor中；如果沒有后續，則可以返回響應結果給客戶端，返回響應結果這個動作可作為單獨的一個事件，由對應的Handler進行處理，那么也可以繼續注冊到Reactor中。
Reactor其實就是一個線程，可以看到它就在一個死循環中進行事件監聽以及事件分派，這就是事件循環。
Reactor模型底層使用了IO多路復用，通過對IO多路復用機制的合理利用，使得服務器端達到高效的處理網絡IO請求的目的。我們可以使用Java提供的NIO來實現Java版本的Reactor模型。
三類事件與三類角色
Reactor模型抽象了三類事件和三類角色，它們是Reactor模型的核心組成部分。三類事件是：連接就緒事件，讀就緒事件、寫就緒事件。三類角色是：Reactor、Acceptor、Handler。
首先我們來了解一下三類事件。
- 連接就緒事件：客戶端向服務端發起連接的時候，對應的Channel就有連接就緒事件發生。
- 讀就緒事件：當客戶端向服務器端發送數據時，對應的Channel就有讀就緒事件發生。
- 寫就緒事件：當服務器處理完客戶端發送的數據，需要返回結果時，可以向Selector注冊一個寫就緒事件并與對應的Channel關聯，那么對應Channel就有寫就緒事件發生。
我們再來了解一下三類角色。
Reactor是相當于是一個事件分派器，Reactor專門負責監聽事件的發生，并把發生的事件交給對應的處理器處理，這里的處理器指的就是Acceptor或Handler。Reactor是一個線程，它通過Selector注冊并監聽多個Channel，如果監聽到有事件發生，判斷是連接就緒事件，會交給Acceptor處理，如果發生的事件是讀就緒事件或寫就緒事件，會交給Handler處理。
如果是連接就緒事件，Reactor會將其分派給Acceptor處理，Acceptor會調用accept()方法獲取到連接對應的SocketChannel，然后會將其設置為非阻塞，注冊到Reactor的Selector中，設置關注的事件為讀就緒事件。
如果是讀就緒事件，那么Reactor會將其分派給與其綁定的Handler處理，該Handler會經過read、decode、compute、encode、send五個步驟的處理。
- read：讀取Channel中的數據
- decode：對讀到的數據進行解碼
- compute：解碼后的數據進行相應處理
- encode：對處理后的結果進行編碼
- send：編碼后的數據發送給客戶端。
之所以要進行decode和encode，是因為數據在網絡上是以二進制的形式傳輸的，因此服務端接收到后要對二進制字節碼進行解碼操作，然后才能對解碼后的數據進行處理，處理完的數據要發送到網絡，也要編碼成二進制的格式。
其中，send操作可以立刻發送數據寫出到Channel，也可以注冊一個寫就緒事件到Selector，這就相當于進行異步發送。
Reactor模型整體流程
- 首先，一開始我們只把ServerSocketChannel以及連接事件處理器Acceptor注冊到Reactor中，Reactor會把ServerSocketChannel注冊到Selector中，并設置關注連接就緒事件
- 一旦客戶端發起連接，ServerSocketChannel的連接就緒事件就緒，Reactor會將其分派給Acceptor處理，Acceptor會獲取到連接對應的SocketChannel，并將其與對應的處理器Handler注冊到Reactor，Reactor會將其注冊到Selector中。
- 隨后客戶端向服務端發送數據，Reactor監聽到對應的SocketChannel有讀就緒事件發生，會將其分派給與其綁定的Handler進行處理。
- Handler被分派到讀就緒事件時，會經過read、decode、compute、encode、send五個步驟的處理。
- 服務端要把處理結果返回給客戶端，會向Reactor注冊一個對應Channel的寫就緒事件，Reactor監聽到寫就緒事件，會分派給與該Channel綁定的Handler處理，Handler把返回結果發送出去。
各種Reactor模型
Reactor編程模型不是只有單一的一種編程模型，它有單Reactor單線程模型、單Reactor多線程模型、主從Reactor模型等多種模型。
單Reactor單線程模型
單Reactor單線程模型是最簡單的模型，當然性能也是最低的。單Reactor模型只有一個Reactor，這個Reactor即負責處理連接建立，也負責數據讀寫和計算等處理。并且由于是單線程模型，所以數據讀取后的計算處理，也是在當前線程中完成。
這種單Reactor單線程模型雖然性能比其他的Reactor模型低，但是優點是比較的簡單，沒有了多線程就意味著沒有了“多線程翻車”的一些情況出現。值得一提的是，Redis的事件驅動框架就是單Reactor單線程模型。
但是由于連接建立與IO處理都在一個Reactor線程中進行，因此在高并發場景下，該Reactor線程的壓力會非常大，特別是在數據計算還比較復雜的場景，單線程的Reactor模型有可能支撐不住。之所以Redis使用單Reactor單線程模型還能支撐高并發讀寫的場景，其中一個原因是因為Redis內部不涉及太復雜的數據計算。
單Reactor多線程模型
單Reactor多線程模型是在單Reactor模型的基礎上增加了線程池，可以把decode、compute、encode等需要計算的操作提交到線程池執行，而Reactor線程則專注于連接建立與IO的處理（也就是read和send）。
把涉及到計算的處理抽到了線程池中處理，可以在一定程度上緩解Reactor線程的壓力。但是由于還是單Reactor模型，IO處理依然在該Reactor線程中進行，高并發場景下，可能會由于大量的IO請求需要處理而導致連接建立的處理受到影響，該Reactor線程可能無法及時響應客戶端連接建立的請求。
主從Reactor模型
主從Reactor模型在單Reactor多線程模型基礎上做了改進，把IO處理分離到了子Reactor中，主Reactor只專注于連接請求的處理，主Reactor一般只有一個（也可有多個），而子Reactor一般有多個。當主Reactor上有連接就緒事件發生時，通過Acceptor獲取到連接對應的SocketChannel，然后把該SocketChannel注冊到子Reactor中，由子Reactor監聽該Channel的讀就緒事件并處理。
由于連接建立與IO處理分離到了不同的Reactor，當有大量并發的IO請求需要處理時，也不會影響到客戶端建立連接的請求。
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