如何深刻理解Reactor和Proactor?

作者:wuxinliulei
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1、標準定義

兩種I/O多路複用模式:Reactor和Proactor

 

一般地,I/O多路複用機制都依賴於一個事件多路分離器(Event Demultiplexer)。分離器對象可將來自事件源的I/O事件分離出來,並分發到對應的read/write事件處理器(Event Handler)。開發人員預先註冊需要處理的事件及其事件處理器(或回調函數);事件分離器負責將請求事件傳遞給事件處理器。

 

兩個與事件分離器有關的模式是Reactor和Proactor。Reactor模式採用同步IO,而Proactor採用異步IO。

 

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


而在Proactor模式中,處理器--或者兼任處理器的事件分離器,只負責發起異步讀寫操作。IO操作本身由操作系統來完成。傳遞給操作系統的參數需要包括用戶定義的數據緩衝區地址和數據大小,操作系統才能從中得到寫出操作所需數據,或寫入從socket讀到的數據。事件分離器捕獲IO操作完成事件,然後將事件傳遞給對應處理器。比如,在windows上,處理器發起一個異步IO操作,再由事件分離器等待IOCompletion事件。典型的異步模式實現,都建立在操作系統支持異步API的基礎之上,我們將這種實現稱爲“系統級”異步或“真”異步,因爲應用程序完全依賴操作系統執行真正的IO工作。


舉個例子,將有助於理解Reactor與Proactor二者的差異,以讀操作爲例(類操作類似)。
在Reactor中實現讀:

- 註冊讀就緒事件和相應的事件處理器
- 事件分離器等待事件
- 事件到來,激活分離器,分離器調用事件對應的處理器。
- 事件處理器完成實際的讀操作,處理讀到的數據,註冊新的事件,然後返還控制權。
在Proactor中實現讀:

- 處理器發起異步讀操作(注意:操作系統必須支持異步IO)。在這種情況下,處理器無視IO就緒事件,它關注的是完成事件。
- 事件分離器等待操作完成事件
- 在分離器等待過程中,操作系統利用並行的內核線程執行實際的讀操作,並將結果數據存入用戶自定義緩衝區,最後通知事件分離器讀操作完成。
- 事件分離器呼喚處理器。
- 事件處理器處理用戶自定義緩衝區中的數據,然後啓動一個新的異步操作,並將控制權返回事件分離器。

可以看出,兩個模式的相同點,都是對某個IO事件的事件通知(即告訴某個模塊,這個IO操作可以進行或已經完成)。在結構上,兩者也有相同點:demultiplexor負責提交IO操作(異步)、查詢設備是否可操作(同步),然後當條件滿足時,就回調handler;不同點在於,異步情況下(Proactor),當回調handler時,表示IO操作已經完成;同步情況下(Reactor),回調handler時,表示IO設備可以進行某個操作(can read or can write)。

2、通俗理解

使用Proactor框架和Reactor框架都可以極大的簡化網絡應用的開發,但它們的重點卻不同。

Reactor框架中用戶定義的操作是在實際操作之前調用的。比如你定義了操作是要向一個SOCKET寫數據,那麼當該SOCKET可以接收數據的時候,你的操作就會被調用;而Proactor框架中用戶定義的操作是在實際操作之後調用的。比如你定義了一個操作要顯示從SOCKET中讀入的數據,那麼當讀操作完成以後,你的操作纔會被調用。

Proactor和Reactor都是併發編程中的設計模式。在我看來,他們都是用於派發/分離IO操作事件的。這裏所謂的IO事件也就是諸如read/write的IO操作。"派發/分離"就是將單獨的IO事件通知到上層模塊。兩個模式不同的地方在於,Proactor用於異步IO,而Reactor用於同步IO。

部分參考自

 

http://www.cnblogs.com/dawen/archive/2011/05/18/2050358.html

 

callback就是reactor

future/await就是proactor

 

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