Reactor模式

sun317 2014-01-22

展開全文

Reactor模式翻譯成中文通常學叫做“反應堆”模式，強調(diào)的是回調(diào)機制與事件。

Reactor的事件處理機制

首先來回想一下普通函數(shù)調(diào)用的機制：程序調(diào)用某函數(shù)，函數(shù)執(zhí)行，程序等待，函數(shù)將結(jié)果和控制權(quán)返回給程序，程序繼續(xù)處理。Reactor釋義“反應堆”，是一種事件驅(qū)動機制。和普通函數(shù)調(diào)用的不同之處在于：應用程序不是主動的調(diào)用某個API完成處理，而是恰恰相反，Reactor逆置了事件處理流程，應用程序需要提供相應的接口并注冊到Reactor上，如果相應的時間發(fā)生，Reactor將主動調(diào)用應用程序注冊的接口，這些接口又稱為“回調(diào)函數(shù)”。

Reactor模式的優(yōu)點

Reactor模式是編寫高性能網(wǎng)絡服務器的必備技術(shù)之一，它具有如下的優(yōu)點：

響應快，不必為單個同步時間所阻塞，雖然Reactor本身依然是同步的；
編程相對簡單，可以最大程度的避免復雜的多線程及同步問題，并且避免了多線程/進程的切換開銷；
可擴展性，可以方便的通過增加Reactor實例個數(shù)來充分利用CPU資源；
可復用性，reactor框架本身與具體事件處理邏輯無關，具有很高的復用性；

Reactor模式框架

使用Reactor模型，必備的幾個組件：事件源、Reactor框架、多路復用機制和事件處理程序，先來看看Reactor模型的整體框架，接下來再對每個組件做逐一說明。

components

事件源

: Linux上是文件描述符，Windows上就是Socket或者Handle了，這里統(tǒng)一稱為“句柄集”；程序在指定的句柄上注冊關心的事件，比如I/O事件。

event demultiplexer——事件多路分發(fā)機制

由操作系統(tǒng)提供的I/O多路復用機制，比如select和epoll。程序首先將其關心的句柄（事件源）及其事件注冊到event demultiplexer上；當有事件到達時，event demultiplexer會發(fā)出通知“在已經(jīng)注冊的句柄集中，一個或多個句柄的事件已經(jīng)就緒”；程序收到通知后，就可以在非阻塞的情況下對事件進行處理了。

它是Reactor用來檢測用戶注冊的fd上發(fā)生的事件的利器，通過Reactor得知了哪些fd上發(fā)什么了什么樣的事件，然后以這些為依據(jù)，來多路分發(fā)事件，回調(diào)用戶的事件處理函數(shù)。下面是一個簡單的設計：

class EventDemultiplexer
{
public:
 
    /// 獲取有事件發(fā)生的所有句柄以及所發(fā)生的事件
    /// @param  events  獲取的事件
    /// @param  timeout 超時時間
    /// @retval 0       沒有發(fā)生事件的句柄(超時)
    /// @retval 大于0   發(fā)生事件的句柄個數(shù)
    /// @retval 小于0   發(fā)生錯誤
    virtual int WaitEvents(std::map<handle_t , event_t> * events,
                           int timeout = 0) = 0;
 
    /// 設置句柄handle關注evt事件
    /// @retval 0     設置成功
    /// @retval 小于0 設置出錯
    virtual int RequestEvent(handle_t handle, event_t evt) = 0;
 
    /// 撤銷句柄handle對事件evt的關注
    /// @retval 0     撤銷成功
    /// @retval 小于0 撤銷出錯
    virtual int UnrequestEvent(handle_t handle, event_t evt) = 0;
};

Reactor——反應器

Reactor，是事件管理的接口，內(nèi)部使用event demultiplexer注冊、注銷事件；并運行事件循環(huán)，當有事件進入“就緒”狀態(tài)時，調(diào)用注冊事件的回調(diào)函數(shù)處理事件。

一個典型的Reactor聲明方式：

class Reactor
{
public:
 
    /// 構(gòu)造函數(shù)
    Reactor();
 
    /// 析構(gòu)函數(shù)
    ~Reactor();
 
    /// 向reactor中注冊關注事件evt的handler(可重入)
    /// @param  handler 要注冊的事件處理器
    /// @param  evt     要關注的事件
    /// @retval 0       注冊成功
    /// @retval -1      注冊出錯
    int RegisterHandler(EventHandler * handler, event_t evt);
 
    /// 從reactor中移除handler
    /// @param  handler 要移除的事件處理器
    /// @retval 0       移除成功
    /// @retval -1      移除出錯
    int RemoveHandler(EventHandler * handler);
 
    /// 處理事件,回調(diào)注冊的handler中相應的事件處理函數(shù)
    /// @param  timeout 超時時間(毫秒)
    void HandleEvents(int timeout = 0);
 
private:
 
    ReactorImplementation * m_reactor_impl; ///< reactor的實現(xiàn)類
};

Event Handler——事件處理程序

事件處理程序提供了一組接口，每個接口對應了一種類型的事件，供Reactor在相應的事件發(fā)生時調(diào)用，執(zhí)行相應的事件處理。通常它會綁定一個有效的句柄。EventHander是用戶和Reactor打交道的工具，用戶通過向Reactor注冊自己的EventHandler，可以告知Reactor在特定事件發(fā)生的時候該幫我做些什么。下面是兩種典型的Event Handler類聲明方式，二者互有優(yōu)缺點。

class EventHandler
{
public:
 
    /// 獲取該handler所對應的句柄
    virtual handle_t GetHandle() = 0;
 
    /// 處理讀事件的回調(diào)函數(shù)
    virtual void HandleRead() {}
 
    /// 處理寫事件的回調(diào)函數(shù)
    virtual void HandleWrite() {}
 
    /// 處理出錯事件的回調(diào)函數(shù)
    virtual void HandleError() {}
 
protected:
 
    /// 構(gòu)造函數(shù),只能子類調(diào)
    EventHandler() {}
 
    /// 析構(gòu)函數(shù),只能子類調(diào)
    virtual ~EventHandler() {}
};