Hello，大家好，我是猿java。
我们都知道，科技领域的很多思维其实都是来自于现实生活，比如今天要分享的高性能网络通信模型 Reactor 和 Proactor。
为什么要学习 Reactor 和 Proactor
万丈高楼平地起，要想在技术上有所成就，就一定要修练好内功。随着互联网的快速发展，技术更迭的速度也是超乎想象，也许花大力气掌握的技能几年就过时了（比如 JSP，sturts/sturts2）。但是有一些东西却是历久弥新，比如：架构思想，设计思维，掌握了这些精髓，可以帮助你快速适应技术更迭。 Reactor 和 Proactor 是网络 IO 处理 中两个经典的高性能模型，学习它们可以在网络 IO 处理上有个不一样的认知。两个模型可以高度抽象为下图：
Reactor 模型
定义
Reactor，中文翻译为”反应器”，它是一个被动过程，可以理解为”当接收到客户端事件后，Reactor 会根据事件类型来调用相应的代码进行处理”。Reactor 模型也叫 Dispatcher 模式，底层是 I/O 多路复用结合线程池，主要是用于服务器端处理高并发网络 IO 请求。Reactor 模型的核心思想可以总结成 2个”3种”：
- 3种事件：连接事件、读事件、写事件；
- 3种角色：reactor、acceptor、handler；
事件
- 客户端向服务器端发送连接请求，该请求对应了服务器的一个连接事件；
- 连接建立后，客户端给服务器端发送写请求，服务器端收到请求，需要从请求中读取内容，这就对应了服务器的读事件；
- 服务器经过处理后，把结果值返回给客户端，这就对应了服务器的写事件；
事件的描述可以参考下图：
角色
上述描述了 Reactor 的事件，每个事件都需要有一个专门的负责人，在 Reactor 模型中，这个负责人就是角色，其说明如下：
- 连接事件由 acceptor 来处理，只负责接收连接；acceptor 在接收连接后，会创建 handler，用于网络连接上对后续读写事件的处理；
- 读写事件由 handler 处理，处理完后响应客户端；
- 在连接事件、读写事件会同时发生的高并发场景中，需要reactor 角色专门监听和分配事件：连接事件交由 acceptor 处理；读写请求交由 handler 处理；
事件和角色的对应可以参考下文的 Reactor 线程模型。
Reactor 线程模型
Reactor 线程模型有单 Reactor 单线程模型、单 Reactor 多线程模型、多 Reactor 多线程模型 三种。
单Reactor单线程模型
单 Reactor 单线程模型，很容易理解：接受请求、业务处理、响应请求都在一个线程中处理。
模型抽象
工作原理
- Reactor 通过 select函数监听事件，收到事件后通过 dispatch 分发给 Acceptor 或 Handler；
- 如果监听到 client 的连接事件，则分发给 Acceptor 处理，Acceptor 通过 accept 接受连接，并创建一个 Handler 来处理连接后续的各种事件；
- 如果不是连接建立事件，则 Reactor 会调用连接对应的 Handler（第 2 步中创建的 Handler）来进行响应；
- Handler 通过： read-> 业务处理 ->send 流程完成完整业务流程；
优缺点
优点是简单，不存在线程竞争，缺点是无法充分利用和发挥多核 CPU 的性能，当业务耗时很长时，容易造成阻塞。
案例
- Redis6.0以下的版本使用的是 单 Reactor 单线程模型，因为 Redis使用的是内存，CPU不是性能瓶颈，所以单 Reactor 单线程模型可以支持 Redis 单机服务的高性能；
- Netty4 通过参数配置，可以使用单 Reactor 单线程模型；
单Reactor多线程模型
鉴于单 Reactor 单线程模式无法充分利用和发挥多核 CPU 的性能，于是就诞生了单 Reactor 多线程模型。
模型抽象图
工作原理
- 在主线程中，Reactor 对象通过 select 监控事件，收到事件后通过 dispatch 分发给 Acceptor 或 Handler；
- 如果监听到 client 的连接事件，则分发给 Acceptor 处理，Acceptor 通过 accept 接受连接，并创建一个 Handler 来处理连接后续的各种事件；
- 如果不是连接建立事件，则 Reactor 会调用连接对应的 Handler（步骤2中创建的 Handler）来进行响应。注意，此模型的 Handler 只负责响应事件，不进行业务处理；
- Handler 通过 read 读取到数据后，会发给 Processor 进行业务处理；
- Processor 会在独立的子线程中完成真正的业务处理，然后将响应结果发给主线程的 Handler 处理；Handler 收到响应后通过 send 将响应结果返回给 client；
优点
采用了线程池来处理业务逻辑，能够充分利用多 CPU 的处理能力
缺点
- 多线程数据共享和访问比较复杂。例如，子线程完成业务处理后，要把结果传递给主线程的 Reactor 进行发送，这里涉及共享数据的互斥和保护机制；
- 尽管引进了多线程处理业务逻辑，但是事件的监听和响应还是需要 Reactor 来处理，因此，瞬间高并发可能会造成 Reactor 的性能瓶颈；
案例
- Netty4 通过参数配置，可以使用单 Reactor 多线程模型；
多Reactor多线程模型
单 Reactor 多线程模型的性能瓶颈在于单个 Reactor 的处理能力，于是我们很自然的想到：能不能增加多个 Reactor来提升性能？于是，多 Reactor 多线程模型就运应而生。
模型抽象图
工作原理
- 父线程中 mainReactor 对象通过 select 监控连接建立事件，收到事件后通过 Acceptor 接收，将新的连接分配给某个子线程；
- 子线程的 subReactor 把 mainReactor 分配的连接加入到连接队列中并进行监听，同时创建一个 Handler 用于处理连接的各种事件；
- 当有新的事件发生时，subReactor 会调用连接对应的 Handler（步骤2中创建的 Handler）来进行响应；
- Handler 通过： read-> 业务处理 ->send 流程完成完整业务流程；
优点
- 父线程和子线程的职责明确，父线程只负责接收新连接，子线程负责完成后续的业务处理；
- 父线程和子线程的交互简单，父线程只需要把新连接传给子线程，子线程无须返回数据；
案例
- Nginx 采用的是多 Reactor 多进程模型，但方案与标准的多 Reactor 多进程有差异；
- 开源软件 Memcache 采用的是多 Reactor 多线程模型；
- Netty4 通过参数参数配置可以使用多 Reactor 多线程模型；
到此， Reactor模型就分析完了，上文讲述的 Reactor 3种线程模型，同样可以以进程的方式部署，可能在逻辑处理上和线程有些差异。接下来再分析和 Reactor模型很类似的 Proactor 模型。
Proactor 模型
Proactor，中文翻译为”前摄器”。乍一看，这个翻译还是挺懵的，个人觉得”主动器”更符合 Proactor 模型的本意。Proactor 可以理解为“当有连接、读写等IO事件时，操作系统内核在处理完事件后主动通知我们的程序代码”。
模型抽象图
工作原理
- Proactor Initiator 负责创建 Proactor 和 Handler，并将 Proactor 和 Handler 都通过 Asynchronous Operation Processor 注册到内核；
- Asynchronous Operation Processor 负责处理注册请求，并完成 I/O 操作；
- Asynchronous Operation Processor 完成 I/O 操作后通知 Proactor；
- Proactor 根据不同的事件类型回调不同的 Handler 进行业务处理；
- Handler 完成业务处理，Handler 也可以注册新的 Handler 到内核进程；
优缺点
- Proactor 在处理高耗时 IO 时的性能要高于 Reactor，但对于低耗时 IO 的执行效率提升并不明显；
- Proactor 的异步性使其并发处理能力要强于 Reactor；
- Proactor 的实现逻辑复杂，编码成本较 Reactor 要高很多；
- Proactor 的异步高度依赖于操作系统对于异步的支持。若操作系统对异步的支持不好，Proactor 的性能还不如 Reactor；
案例
- Netty5， 它是采用 AIO，其网络通信模型就是 Proactor，但该版本已经被不再维护，主要原因是 Linux 目前对于异步的支持不完善，导致 Netty5 花了大代价，性能相对 Netty4 不但没有提升，甚至还会降低。
总结
- Reactor 是同步非阻塞网络模型，Proactor 是异步非阻塞网络模型；
- Reactor 是 I/O 多路复用和线程池的完美结合；
- Reactor模型看似高深，其实是生活中很多真实案例的写照，比如：
- 夜市一个老板一辆推车的单人炒粉模式，从点菜，出餐，结算都是老板一人完成，这个就对应了 单 Reactor单线程模型；
- 医院叫号看病就对应了 单 Reactor多线程模型，一个叫号机负责叫号，多名医生负责接待病人；
- 大型餐饮就餐对应了 多 Reactor多线程模型，一个接待员负责接客送客，多名服务员，每名服务员负责几桌客人，然后有专门的端菜人员负责给客人端菜，比如：海底捞；
- Reactor思维在日常开发中也会经常使用，最常用的是单线程处理，当并发量比较大时引进线程池，把业务细分，专门的线程处理专门的事情，这样就和 Reactor 模型的演变有异曲同工之妙；
- Proactor 主要是采用异步的方式来处理 IO 事件（比如：叫外卖，下单支付后不需要关注，直接处理自己的事情，等外卖好了之后，外卖小哥会把主动把外卖送到你手上），不过目前 Linux 对 AIO支持的不太友好，使用该模型的 Netty5 最终也为此夭折了；
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