Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲

Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲

6.6.2008

Kevin Lynx

Proactor和Reactor都是并发编程中的设计模式。在我看来，他们都是用于派发/分离IO操作事件的。这里所谓的
IO事件也就是诸如read/write的IO操作。"派发/分离"就是将单独的IO事件通知到上层模块。两个模式不同的地方
在于，Proactor用于异步IO，而Reactor用于同步IO。

摘抄一些关键的东西：

"
Two patterns that involve event demultiplexors are called Reactor and Proactor [1]. The Reactor patterns 
involve synchronous I/O, whereas the Proactor pattern involves asynchronous I/O.
"

关于两个模式的大致模型，从以下文字基本可以明白：

"
An example will help you understand the difference between Reactor and Proactor. We will focus on the read 
operation here, as the write implementation is similar. Here's a read in Reactor:

* An event handler declares interest in I/O events that indicate readiness for read on a particular socket ;
* The event demultiplexor waits for events ;
* An event comes in and wakes-up the demultiplexor, and the demultiplexor calls the appropriate handler; 
* The event handler performs the actual read operation, handles the data read, declares renewed interest in 
  I/O events, and returns control to the dispatcher .

By comparison, here is a read operation in Proactor (true async):

* A handler initiates an asynchronous read operation (note: the OS must support asynchronous I/O). In this 
  case, the handler does not care about I/O readiness events, but is instead registers interest in receiving 
  completion events;
* The event demultiplexor waits until the operation is completed ;
* While the event demultiplexor waits, the OS executes the read operation in a parallel kernel thread, puts 
  data into a user-defined buffer, and notifies the event demultiplexor that the read is complete ;
* The event demultiplexor calls the appropriate handler; 
* The event handler handles the data from user defined buffer, starts a new asynchronous operation, and returns
  control to the event demultiplexor.

"

可以看出，两个模式的相同点，都是对某个IO事件的事件通知(即告诉某个模块，这个IO操作可以进行或已经完成)。在结构
上，两者也有相同点：demultiplexor负责提交IO操作(异步)、查询设备是否可操作(同步)，然后当条件满足时，就回调handler。
不同点在于，异步情况下(Proactor)，当回调handler时，表示IO操作已经完成；同步情况下(Reactor)，回调handler时，表示
IO设备可以进行某个操作(can read or can write)，handler这个时候开始提交操作。

用select模型写个简单的reactor，大致为：

/**////class handler{public:    virtual void onRead() = 0;    virtual void onWrite() = 0;    virtual void onAccept() = 0;}; class dispatch{public:    void poll()     {        // add fd in the set.        //         // poll every fd        int c = select( 0, &read_fd, &write_fd, 0, 0 );        if( c > 0 )         {            for each fd in the read_fd_set             {    if fd can read                    _handler->onRead();                if fd can accept                    _handler->onAccept();            }             for each fd in the write_fd_set             {                if fd can write                    _handler->onWrite();            }        }    }     void setHandler( handler *_h )     {        _handler = _h;    } private:    handler *_handler;}; /**//// applicationclass MyHandler : public handler{public:    void onRead()     {    }     void onWrite()     {    }     void onAccept()     {    }}; 

在网上找了份Proactor模式比较正式的文档，其给出了一个总体的UML类图，比较全面：

 

根据这份图我随便写了个例子代码：

class AsyIOProcessor{public:    void do_read()     {        // send read operation to OS        // read io finished.and dispatch notification        _proactor->dispatch_read();    } private:    Proactor *_proactor;}; class Proactor{public:    void dispatch_read()     {        _handlerMgr->onRead();    } private:    HandlerManager *_handlerMgr;}; class HandlerManager{public:    typedef std::list<Handler*> HandlerList; public:    void onRead()     {        // notify all the handlers.        std::for_each( _handlers.begin(), _handlers.end(), onRead );    } private:    HandlerList *_handlers;}; class Handler{public:    virtual void onRead() = 0;}; // application level handler.class MyHandler : public Handler{public:    void onRead()      {        //     }}; 

Reactor通过某种变形，可以将其改装为Proactor，在某些不支持异步IO的系统上，也可以隐藏底层的实现，利于编写跨平台
代码。我们只需要在dispatch(也就是demultiplexor)中封装同步IO操作的代码，在上层，用户提交自己的缓冲区到这一层，
这一层检查到设备可操作时，不像原来立即回调handler，而是开始IO操作，然后将操作结果放到用户缓冲区(读)，然后再
回调handler。这样，对于上层handler而言，就像是proactor一样。详细技法参见这篇文章。

其实就设计模式而言，我个人觉得某个模式其实是没有完全固定的结构的。不能说某个模式里就肯定会有某个类，类之间的
关系就肯定是这样。在实际写程序过程中也很少去特别地实现某个模式，只能说模式会给你更多更好的架构方案。

最近在看spserver的代码，看到别人提各种并发系统中的模式，有点眼红，于是才来扫扫盲。知道什么是leader follower模式，
reactor, proactor，multiplexing，对于心中的那个网络库也越来越清晰。

最近还干了些离谱的事，写了传说中的字节流编码，用模板的方式实现，不但保持了扩展性，还少写很多代码；处于效率考虑，
写了个static array容器(其实就是template <typename _Tp, std::size_t size> class static_array { _Tp _con[size])，
加了iterator，遵循STL标准，可以结合进STL的各个generic algorithm用，自我感觉不错。基础模块搭建完毕，解析了公司
服务器网络模块的消息，我是不是真的打算用自己的网络模块重写我的验证服务器？在另一个给公司写的工具里，因为实在厌恶
越来越多的重复代码，索性写了几个宏，还真的做到了代码的自动生成:D。

对优雅代码的追求真的成了种癖好.  = =|