什么是Reactor模式
Reactor模式是一种设计模式，它是基于事件驱动的，可以并发的处理多个服务请求，当请求抵达后，依据多路复用策略，同步的派发这些请求至相关的请求处理程序。
Reactor模式角色构成
在早先的论文An Object Behavioral Pattern for
Demultiplexing and Dispatching Handles for Synchronous Events中Reactor模式主要有五大角色组成，分别如下：
Handle：操作系统提供的一种资源，用于表示一个个的事件，在网络编程中可以是一个连接事件，一个读取事件，一个写入事件，Handle是事件产生的发源地
Synchronous Event Demultiplexer：本质上是一个系统调用，用于等待事件的发生，调用方在调用它的时候会被阻塞，一直阻塞到同步事件分离器上有事件产生为止
Initiation Dispatcher：定义了一些用于控制事件的调度方式的规范，提供对事件管理。它本身是整个事件处理器的核心所在，Initiation Dispatcher会通过Synchronous Event Demultiplexer来等待事件的发生。一旦事件发生，Initiation Dispatcher首先会分离出每一个事件，然后调用事件处理器，最后调用相关的回调方法来处理这些事件
Event Handler：定义事件处理方法以供InitiationDispatcher回调使用
Concrete Event Handler：是事件处理器的实现。它本身实现了事件处理器所提供的各种回调方法，从而实现了特定于业务的逻辑。它本质上就是我们所编写的一个个的处理器实现。
Reactor模式实现流程
- 初始化 Initiation Dispatcher，然后将若干个Concrete Event Handler注册到 Initiation Dispatcher中，应用会标识出该事件处理器希望Initiation Dispatcher在某些事件发生时向其发出通知
- Initiation Dispatcher 会要求每个事件处理器向其传递内部的Handle，该Handle向操作系统标识了事件处理器
- 当所有的Concrete Event Handler都注册完毕后，就会启动 Initiation Dispatcher的事件循环，使用Synchronous Event Demultiplexer同步阻塞的等待事件的发生
- 当与某个事件源对应的Handle变为ready状态时，Synchronous Event Demultiplexer就会通知 Initiation Dispatcher
- Initiation Dispatcher会触发事件处理器的回调方法响应这个事件
Java NIO对Reactor的实现
在Java的NIO中，对Reactor模式有无缝的支持，即使用Selector类封装了操作系统提供的Synchronous Event Demultiplexer功能。Doug Lea（Java concurrent包的作者）在Scalable IO in Java中对此有非常详细的描述。概况来说其主要流程如下：
- 服务器端的Reactor线程对象会启动事件循环，并使用Selector来实现IO的多路复用
- 注册Acceptor事件处理器到Reactor中，Acceptor事件处理器所关注的事件是ACCEPT事件，这样Reactor会监听客户端向服务器端发起的连接请求事件
- 客户端向服务器端发起连接请求，Reactor监听到了该ACCEPT事件的发生并将该ACCEPT事件派发给相应的Acceptor处理器来进行处理。Acceptor处理器通过accept()方法得到与这个客户端对应的连接(SocketChannel)，然后将该连接所关注的READ/WRITE事件以及对应的READ/WRITE事件处理器注册到Reactor中，这样一来Reactor就会监听该连接的READ/WRITE事件了。
- 当Reactor监听到有读或者写事件发生时，将相关的事件派发给对应的处理器进行处理
- 每当处理完所有就绪的感兴趣的I/O事件后，Reactor线程会再次执行select()阻塞等待新的事件就绪并将其分派给对应处理器进行处理
Doug Lea 在Scalable IO in Java中分别描述了单线程的Reactor，多线程模式的Reactor以及多Reactor线程模式。
单线程的Reactor，主要依赖Java NIO中的Channel，Buffer，Selector，SelectionKey。在单线程Reactor模式中，不仅I/O操作在该Reactor线程上，连非I/O的业务操作也在该线程上进行处理了，这可能会大大延迟I/O请求的响应
在多线程Reactor中添加了一个工作线程池，将非I/O操作从Reactor线程中移出转交给工作者线程池来执行。这样能够提高Reactor线程的I/O响应，不至于因为一些耗时的业务逻辑而延迟对后面I/O请求的处理，但是所有的I/O操作依旧由一个Reactor来完成，包括I/O的accept()、read()、write()以及connect()操作
多Reactor线程模式将“接受客户端的连接请求”和“与该客户端的通信”分在了两个Reactor线程来完成。mainReactor完成接收客户端连接请求的操作，它不负责与客户端的通信，而是将建立好的连接转交给subReactor线程来完成与客户端的通信，这样一来就不会因为read()数据量太大而导致后面的客户端连接请求得不到即时处理的情况。并且多Reactor线程模式在海量的客户端并发请求的情况下，还可以通过实现subReactor线程池来将海量的连接分发给多个subReactor线程，在多核的操作系统中这能大大提升应用的负载和吞吐量
代码示例：
// NIO selector 多路复用reactor线程模型
public class NIOReactor {
// 处理业务操作的线程池
private static ExecutorService workPool = Executors.newCachedThreadPool();
// 封装了selector.select()等事件轮询的代码
abstract class ReactorThread extends Thread {
Selector selector;
LinkedBlockingQueue<Runnable> taskQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
volatile boolean running = false;
private ReactorThread() throws IOException {
selector = Selector.open();
}
// Selector监听到有事件后,调用这个方法
public abstract void handler(SelectableChannel channel) throws Exception;
@Override
public void run() {
// 轮询Selector事件
while (running) {
try {
// 执行队列中的任务
Runnable task;
while ((task = taskQueue.poll()) != null) {
task.run();
}
selector.select(1000);
// 获取查询结果
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
// 遍历查询结果
Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
// 被封装的查询结果
SelectionKey selectionKey = keyIterator.next();
keyIterator.remove();
int readyOps = selectionKey.readyOps();
// 关注 Read 和 Accept两个事件
if ((readyOps & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_ACCEPT)) != 0
|| readyOps == 0) {
try {
SelectableChannel channel = (SelectableChannel) selectionKey.attachment();
channel.configureBlocking(false);
handler(channel);
// 如果关闭了,就取消这个KEY的订阅
if (!channel.isOpen()) {
selectionKey.cancel();
}
} catch (Exception e) {
// 如果有异常,就取消这个KEY的订阅
selectionKey.cancel();
e.printStackTrace();
}
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private SelectionKey register(SelectableChannel channel) throws Exception {
// 为什么register要以任务提交的形式，让reactor线程去处理？
// 因为线程在执行channel注册到selector的过程中，会和调用selector.select()方法的线程争用同一把锁
// 而select()方法实在eventLoop中通过while循环调用的，争抢的可能性很高，
// 为了让register能更快的执行，就放到同一个线程来处理
FutureTask<SelectionKey> futureTask =
new FutureTask<>(() -> channel.register(selector, 0, channel));
taskQueue.add(futureTask);
return futureTask.get();
}
private void doStart() {
if (!running) {
running = true;
start();
}
}
}
private ServerSocketChannel serverSocketChannel;
// 1、创建多个线程 - accept处理reactor线程 (accept线程)
private ReactorThread[] mainReactorThreads = new ReactorThread[1];
// 2、创建多个线程 - io处理reactor线程 (I/O线程)
private ReactorThread[] subReactorThreads = new ReactorThread[8];
// 初始化线程组
private void newGroup() throws IOException {
// 创建mainReactor线程, 只负责处理serverSocketChannel
for (int i = 0; i < mainReactorThreads.length; i++) {
mainReactorThreads[i] =
new ReactorThread() {
AtomicInteger incr = new AtomicInteger(0);
@Override
public void handler(SelectableChannel channel) throws Exception {
// 只做请求分发，不做具体的数据读取
ServerSocketChannel ch = (ServerSocketChannel) channel;
SocketChannel socketChannel = ch.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
// 收到连接建立的通知之后，分发给I/O线程继续去读取数据
int index = incr.getAndIncrement() % subReactorThreads.length;
ReactorThread workEventLoop = subReactorThreads[index];
workEventLoop.doStart();
SelectionKey selectionKey = workEventLoop.register(socketChannel);
selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
System.out.println(
Thread.currentThread().getName() + "收到新连接 : " + socketChannel.getRemoteAddress());
}
};
}
// 创建IO线程,负责处理客户端连接以后socketChannel的IO读写
for (int i = 0; i < subReactorThreads.length; i++) {
subReactorThreads[i] =
new ReactorThread() {
@Override
public void handler(SelectableChannel channel) throws Exception {
// work线程只负责处理IO处理，不处理accept事件
SocketChannel ch = (SocketChannel) channel;
ByteBuffer requestBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (ch.isOpen() && ch.read(requestBuffer) != -1) {
// 长连接情况下,需要手动判断数据有没有读取结束 (此处做一个简单的判断: 超过0字节就认为请求结束了)
if (requestBuffer.position() > 0) break;
}
if (requestBuffer.position() == 0) return; // 如果没数据了, 则不继续后面的处理
requestBuffer.flip();
byte[] content = new byte[requestBuffer.limit()];
requestBuffer.get(content);
System.out.println(new String(content));
System.out.println(
Thread.currentThread().getName() + "收到数据,来自：" + ch.getRemoteAddress());
// TODO 业务操作 数据库、接口...
workPool.submit(() -> {});
// 响应结果 200
String response =
"HTTP/1.1 200 OK
" + "Content-Length: 11
" + "Hello World";
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(response.getBytes());
while (buffer.hasRemaining()) {
ch.write(buffer);
}
}
};
}
}
// 始化channel,并且绑定一个eventLoop线程
private void initAndRegister() throws Exception {
// 1、 创建ServerSocketChannel
serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
// 2、 将serverSocketChannel注册到selector
int index = new Random().nextInt(mainReactorThreads.length);
mainReactorThreads[index].doStart();
SelectionKey selectionKey = mainReactorThreads[index].register(serverSocketChannel);
selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
}
// 绑定端口
private void bind() throws IOException {
// 1、 正式绑定端口，对外服务
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
System.out.println("启动完成，端口8080");
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
NIOReactor nioReactor = new NIOReactor();
// 1、 创建main和sub两组线程
nioReactor.newGroup();
// 2、 创建serverSocketChannel，注册到mainReactor线程上的selector上
nioReactor.initAndRegister();
// 3、 为serverSocketChannel绑定端口
nioReactor.bind();
}
}
