I/O模型系列之四：兩種高性能IO設計模式 Reactor 和 Proactor

　　不同的操作系統實現的io策略可能不一樣，即使是同一個操作系統也可能存在多重io策略，常見如linux上的select，poll，epoll，面對這么多不同類型的io接口，這里需要一層抽象api來完成，所以就演變出來兩種高性能的io的設計模式，分別是Reactor（同步IO）和Proactor（異步IO）。

1. Reactor　

在Reactor中，事件分離器負責等待文件描述符或socket為讀寫操作準備就緒，然后將就緒事件傳遞給對應的處理器，最后由處理器負責完成實際的讀寫工作。

Reactor 的標準（典型）的工作方式是：

（1）應用程序注冊讀就緒事件和相關聯的事件處理器

（2）Reactor阻塞等待內核事件通知

（3）Reactor收到通知，然后分發可讀寫事件（讀寫準備就緒）到用戶事件處理函數

（4）用戶讀取數據，并處理數據

（5）事件處理器完成實際的讀操作，處理讀到的數據，注冊新的事件，然后返還控制權。

2. Proactor

Proactor 的標準（典型）的工作方式是：

（1）應用程序初始化一個異步讀取操作，然后注冊相應的事件處理器，此時事件處理器不關注讀取就緒事件，而是關注讀取完成事件，這是區別于Reactor的關鍵。

（2）事件分離器等待讀取操作完成事件

（3）在事件分離器等待讀取操作完成的時候，操作系統調用內核線程完成讀取操作，并將讀取的內容放入用戶傳遞過來的緩存區中。這也是區別于Reactor的一點，Proactor中，應用程序需要傳遞緩存區。

（4）事件分離器捕獲到讀取完成事件后，激活應用程序注冊的事件處理器，事件處理器直接從緩存區讀取數據，而不需要進行實際的讀取操作。

3.?簡單的理解（抄過來的）

并發系統常使用reactor模式，代替常用的多線程的處理方式，節省系統的資源，提高系統的吞吐量。

　　以一個餐飲為例，每一個人來就餐就是一個事件，他會先看一下菜單，然后點餐。就像一個網站會有很多的請求，要求服務器做一些事情。處理這些就餐事件的就需要我們的服務人員了。

(1) 在多線程處理的方式會是這樣的：

一個人來就餐，一個服務員去服務，然后客人會看菜單，點菜。 服務員將菜單給后廚。

二個人來就餐，二個服務員去服務……

五個人來就餐，五個服務員去服務…

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　　(2) 在線程池處理的方式會是這樣的：(固定的10個人去服務，但仍然供不應求)

　　(3) Reactor設計模式: 單個線程來做多線程的事

?　　顧客通過呼叫服務員（event事件）通知服務員，菜單寫好了，服務員就會把菜單交給廚師（事件處理器），廚師就會去做菜了。

　　

　　

　　(4) Proactor設計模式:?讓別人做完通知自己

　　　　

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4.?兩者的區別

區別	Reactor	Proactor
定義	被動的等待指示事件的到來，并作出反應， 它有一個等待的過程，做什么事都要放入到監聽事件集合中等待handler可用時再操作。	直接調用異步讀寫操作，調用完立即返回， 由內核負責寫操作，寫完后調用相應的回調函數處理后續邏輯。
實現	實現了一個被動的事件分離和分發模型 服務等待請求事件的到來，再通過不間斷地同步處理事件做出反應。	實現了一個主動的事件分離和分發模型。 允許多個任務并發的執行，從而提高吞吐量，可執行耗時長的任務。
主動與被動	被動	主動
同步與異步	同步	異步
優點	1.?簡單。實現相對簡單，對于耗時短的處理場景處理高效。 2.?單線程。操作系統可在多個事件源上等待。避免了多線程編程相關的性能開銷和編程復雜性。 3.?不用鎖。事件的串行化對應用時透明的，可以順序的同步執行而不需加鎖。 4.?事務隔離。將與應用無關的? ?多路分解和分配機制?與應用相關的? ?回調函數? 分離開來	性能更高，能夠處理耗時長的并發場景。
缺點	處理耗時長的操作會造成事務分發的阻塞，影響后續事件的處理。	1.?復雜。實現邏輯復雜。 2.?依賴OS對異步的支持（很少很難）
使用場景	同時接受多個服務請求，并且依次同步的處理他們的事件驅動程序。 耗時短的。	異步接受和同時處理多個服務請求的事件驅動程序 耗時長的。

五.總結

基于事件驅動的網絡編程的兩種設計模式：

　　Reactor （反應堆?同步IO）　　java NIO　　多路復用IO　　redis libevent? Linux epoll

　　Proactor（前攝器?異步IO）　　java AIO　　異步IO模型　　目前只有 Windows IO completion port.（iocp）模型

1. 只有IOCP是asynchronous I/O，其他機制或多或少都會有一點阻塞。
2. select低效是因為每次它都需要輪詢。但低效也是相對的，視情況而定，也可通過良好的設計改善
3. epoll, kqueue、select是Reacor模式，IOCP是Proactor模式。
4. java nio包是select模型。
5. epoll, kqueue、select?等是IO策略，他們屬于設計模式，他們實現設計模式，相對于設計模式，設計策略更細節，設計模式更抽象。

摘錄網址：

I/O模型之三：兩種高性能 I/O 設計模式 Reactor 和 Proactor

IO設計模式之Reactor和Proactor

reactor和proactor模式

Reactor模式，或者叫反應器模式