通常桐玻,我們寫服務(wù)器處理模型的程序時(shí)篙挽,有以下幾種模型:
(1)每收到一個(gè)請(qǐng)求,創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程镊靴,來(lái)處理該請(qǐng)求铣卡;
(2)每收到一個(gè)請(qǐng)求,創(chuàng)建一個(gè)新的線程邑闲,來(lái)處理該請(qǐng)求;
(3)每收到一個(gè)請(qǐng)求梧油,放入一個(gè)事件列表苫耸,讓主進(jìn)程通過(guò)非阻塞I/O方式來(lái)處理請(qǐng)求
上面的幾種方式,各有千秋儡陨,
第(1)中方法褪子,由于創(chuàng)建新的進(jìn)程的開銷比較大,所以骗村,會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器性能比較差,但實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單嫌褪。
第(2)種方式,由于要涉及到線程的同步胚股,有可能會(huì)面臨死鎖等問(wèn)題笼痛。
第(3)種方式,在寫應(yīng)用程序代碼時(shí)琅拌,邏輯比前面兩種都復(fù)雜缨伊。
綜合考慮各方面因素,一般普遍認(rèn)為第(3)種方式是大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器采用的方式进宝。
什么是事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制刻坊?
1.要理解事件驅(qū)動(dòng)和程序,就需要與非事件驅(qū)動(dòng)的程序進(jìn)行比較党晋。實(shí)際上谭胚,現(xiàn)代的程序大多是事件驅(qū)動(dòng)的徐块,比如多線程的程序,肯定是事件驅(qū)動(dòng)的灾而。早期則存在許多非事件驅(qū)動(dòng)的程序胡控,這樣的程序,在需要等待某個(gè)條件觸發(fā)時(shí)绰疤,會(huì)不斷地檢查這個(gè)條件铜犬,直到條件滿足,這是很浪費(fèi)cpu時(shí)間的轻庆。而事件驅(qū)動(dòng)的程序癣猾,則有機(jī)會(huì)釋放cpu從而進(jìn)入睡眠態(tài)(注意是有機(jī)會(huì),當(dāng)然程序也可自行決定不釋放cpu)余爆,當(dāng)事件觸發(fā)時(shí)被操作系統(tǒng)喚醒纷宇,這樣就能更加有效地使用cpu.
2.再說(shuō)什么是事件驅(qū)動(dòng)的程序。一個(gè)典型的事件驅(qū)動(dòng)的程序蛾方,就是一個(gè)死循環(huán)像捶,并以一個(gè)線程的形式存在,這個(gè)死循環(huán)包括兩個(gè)部分桩砰,第一個(gè)部分是按照一定的條件接收并選擇一個(gè)要處理的事件拓春,第二個(gè)部分就是事件的處理過(guò)程。程序的執(zhí)行過(guò)程就是選擇事件和處理事件亚隅,而當(dāng)沒(méi)有任何事件觸發(fā)時(shí)硼莽,程序會(huì)因查詢事件隊(duì)列失敗而進(jìn)入睡眠狀態(tài),從而釋放cpu煮纵。
3.事件驅(qū)動(dòng)的程序懂鸵,必定會(huì)直接或者間接擁有一個(gè)事件隊(duì)列,用于存儲(chǔ)未能及時(shí)處理的事件行疏。
4.事件驅(qū)動(dòng)的程序的行為匆光,完全受外部輸入的事件控制,所以酿联,事件驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中终息,存在大量這種程序,并以事件作為主要的通信方式贞让。
5.事件驅(qū)動(dòng)的程序采幌,還有一個(gè)最大的好處,就是可以按照一定的順序處理隊(duì)列中的事件震桶,而這個(gè)順序則是由事件的觸發(fā)順序決定的休傍,這一特性往往被用于保證某些過(guò)程的原子化。
事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制與IO多路復(fù)用有什么關(guān)系蹲姐?
I/O多路復(fù)用可以用作并發(fā)事件驅(qū)動(dòng)(event-driven)程序的基礎(chǔ)磨取,即整個(gè)事件驅(qū)動(dòng)模型是一個(gè)狀態(tài)機(jī)人柿,包含了狀態(tài)(state), 輸入事件(input-event), 狀態(tài)轉(zhuǎn)移(transition), 狀態(tài)轉(zhuǎn)移即狀態(tài)到輸入事件的一組映射。通過(guò)I/O多路復(fù)用的技術(shù)檢測(cè)事件的發(fā)生忙厌,并根據(jù)具體的事件(通常為讀寫)凫岖,進(jìn)行不同的操作,即狀態(tài)轉(zhuǎn)移逢净。
如何結(jié)合事件模型使用NIO同步非阻塞特性哥放?
回憶BIO模型,之所以需要多線程爹土,是因?yàn)樵谶M(jìn)行I/O操作的時(shí)候甥雕,一是沒(méi)有辦法知道到底能不能寫、能不能讀胀茵,只能"傻等"社露,即使通過(guò)各種估算,算出來(lái)操作系統(tǒng)沒(méi)有能力進(jìn)行讀寫琼娘,也沒(méi)法在socket.read()和socket.write()函數(shù)中返回峭弟,這兩個(gè)函數(shù)無(wú)法進(jìn)行有效的中斷。所以除了多開線程另起爐灶脱拼,沒(méi)有好的辦法利用CPU瞒瘸。
NIO的讀寫函數(shù)可以立刻返回,這就給了我們不開線程利用CPU的最好機(jī)會(huì):如果一個(gè)連接不能讀寫(socket.read()返回0或者socket.write()返回0)熄浓,我們可以把這件事記下來(lái)情臭,記錄的方式通常是在Selector上注冊(cè)標(biāo)記位,然后切換到其它就緒的連接(channel)繼續(xù)進(jìn)行讀寫玉组。
下面具體看下如何利用事件模型單線程處理所有I/O請(qǐng)求:
NIO的主要事件有幾個(gè):讀就緒谎柄、寫就緒丁侄、有新連接到來(lái)惯雳。
我們首先需要注冊(cè)當(dāng)這幾個(gè)事件到來(lái)的時(shí)候所對(duì)應(yīng)的處理器。然后在合適的時(shí)機(jī)告訴事件選擇器:我對(duì)這個(gè)事件感興趣鸿摇。對(duì)于寫操作石景,就是寫不出去的時(shí)候?qū)懯录信d趣;對(duì)于讀操作拙吉,就是完成連接和系統(tǒng)沒(méi)有辦法承載新讀入的數(shù)據(jù)的時(shí)潮孽;對(duì)于accept,一般是服務(wù)器剛啟動(dòng)的時(shí)候筷黔;而對(duì)于connect往史,一般是connect失敗需要重連或者直接異步調(diào)用connect的時(shí)候。
其次佛舱,用一個(gè)死循環(huán)選擇就緒的事件椎例,會(huì)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用(Linux 2.6之前是select挨决、poll,2.6之后是epoll订歪,Windows是IOCP)脖祈,還會(huì)阻塞的等待新事件的到來(lái)。新事件到來(lái)的時(shí)候刷晋,會(huì)在selector上注冊(cè)標(biāo)記位盖高,標(biāo)示可讀、可寫或者有連接到來(lái)眼虱。
注意喻奥,select是阻塞的,無(wú)論是通過(guò)操作系統(tǒng)的通知(epoll)還是不停的輪詢(select蒙幻,poll)映凳,這個(gè)函數(shù)是阻塞的。所以你可以放心大膽地在一個(gè)while(true)里面調(diào)用這個(gè)函數(shù)而不用擔(dān)心CPU空轉(zhuǎn)邮破。
什么是事件(事件源)诈豌?
linux上為文件描述符,handler即為注冊(cè)在特定事件上的程序抒和,事件發(fā)生通常在linux下為I/O事件矫渔,由操作系統(tǒng)觸發(fā)。
什么是Reactor (反應(yīng)器)摧莽?
事件管理的接口庙洼,內(nèi)部使用event demultiplexer注冊(cè),注銷事件镊辕;并運(yùn)行事件循環(huán)油够,當(dāng)有事件進(jìn)入"就緒"狀態(tài)時(shí),調(diào)用注冊(cè)事件的回調(diào)函數(shù)處理事件征懈。
什么是Event demultiplexer(事件多路分發(fā)機(jī)制)石咬?
通常是由操作系統(tǒng)提供的I/O多路復(fù)用的機(jī)制,例如select,?epoll. 程序首先將handler(事件源)以及對(duì)應(yīng)的事件注冊(cè)到event demultiplexer上卖哎;當(dāng)有事件到達(dá)時(shí)鬼悠,event demultiplexer就會(huì)發(fā)出通知,通知Reactor調(diào)用事件處理程序進(jìn)行處理亏娜。
一般情況下焕窝,I/O 復(fù)用機(jī)制需要事件分發(fā)器(event dispatcher)。
事件分發(fā)器的作用维贺,即將那些讀寫事件源分發(fā)給各讀寫事件的處理者它掂,就像送快遞的在樓下喊: 誰(shuí)誰(shuí)誰(shuí)的快遞到了, 快來(lái)拿吧溯泣!開發(fā)人員在開始的時(shí)候需要在分發(fā)器那里注冊(cè)感興趣的事件虐秋,并提供相應(yīng)的處理者(event handler)晰韵,或者是回調(diào)函數(shù);事件分發(fā)器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候熟妓,會(huì)將請(qǐng)求的事件分發(fā)給這些handler或者回調(diào)函數(shù)雪猪。涉及到事件分發(fā)器的兩種模式稱為:Reactor和Proactor。
什么是Event Handler(事件處理程序)起愈?
事件處理程序提供了一組接口只恨,在Reactor相應(yīng)的事件發(fā)生時(shí)調(diào)用,執(zhí)行相應(yīng)的事件處理抬虽,通常會(huì)綁定一個(gè)有效的handler官觅。
什么是Reactor模型?
Reactor模式是一種典型的事件驅(qū)動(dòng)的編程模型阐污,Reactor逆置了程序處理的流程休涤,其基本的思想即為Hollywood Principle— 'Don't call us, we'll call you'.
普通的函數(shù)處理機(jī)制為:調(diào)用某函數(shù)-> 函數(shù)執(zhí)行, 主程序等待阻塞-> 函數(shù)將結(jié)果返回給主程序-> 主程序繼續(xù)執(zhí)行笛辟。
Reactor事件處理機(jī)制為:主程序?qū)⑹录约皩?duì)應(yīng)事件處理的方法在Reactor上進(jìn)行注冊(cè), 如果相應(yīng)的事件發(fā)生功氨,Reactor將會(huì)主動(dòng)調(diào)用事件注冊(cè)的接口,即回調(diào)函數(shù).?libevent即為封裝了epoll并注冊(cè)相應(yīng)的事件(I/O讀寫手幢,時(shí)間事件捷凄,信號(hào)事件)以及回調(diào)函數(shù),實(shí)現(xiàn)的事件驅(qū)動(dòng)的框架围来。
Reactor架構(gòu)模式允許事件驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用通過(guò)多路分發(fā)的機(jī)制去處理來(lái)自不同客戶端的多個(gè)請(qǐng)求跺涤。事件(事件源)、Reactor (反應(yīng)器)监透、Event demultiplexer(事件多路分發(fā)機(jī)制)桶错、Event Handler(事件處理程序)是Reactor架構(gòu)模式的關(guān)鍵組件。Reactor核心的事件處理流程如圖所示:
什么是好萊塢原則胀蛮?
在網(wǎng)絡(luò)編程中院刁,特別是server端編程時(shí),我們可能會(huì)大量利用好萊塢原則醇滥。在server端編程時(shí)黎比,我們大多會(huì)利用OS提供的一些功能強(qiáng)大的時(shí)間分派機(jī)制超营,比如select/ poll/ epoll/ WaitForMultipleObjects等鸳玩,通過(guò)對(duì)這些機(jī)制的再次包裝和抽象,牛人們提出了著名的reactor模式(中文翻譯成反應(yīng)堆模式)演闭。在此模式中不跟,我們使用者不用關(guān)心以下事情:
1)socket什么時(shí)候建立連接
2)socket什么時(shí)候有數(shù)據(jù)帶來(lái)
3)socket什么時(shí)候把數(shù)據(jù)發(fā)送
4)socket什么時(shí)候斷開連接
我們關(guān)心的是這些事件帶來(lái)的時(shí)候,我們?cè)趺刺幚砻着觯勘热鐂ocket建立連接了窝革,你是否要做一些log购城,以便以后查看。收到數(shù)據(jù)之后虐译,你是否要做完整性驗(yàn)證等瘪板。我們不用關(guān)心事件怎么來(lái)(HOW),什么時(shí)候來(lái)(WHEN)漆诽,我們關(guān)心的唯一一件事是處理它(Do it)侮攀。在這里如果把reactor等抽象系統(tǒng)(reactor模型)比喻成好萊塢的話,網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)/事件比喻成影片或劇本的話厢拭,我們可以把我們對(duì)數(shù)據(jù)的處理(對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)/事件的處理方法)比喻成演員兰英。這里,演員(對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)/事件的處理方法)不用去找劇本(數(shù)據(jù)/事件)供鸠,好萊塢(reactor模型)會(huì)帶著劇本(數(shù)據(jù))來(lái)找你畦贸,你只要乖乖著等在家里不要亂動(dòng),等劇本(數(shù)據(jù))來(lái)了楞捂,你給我好好處理即可薄坏。
事件管理的接口,內(nèi)部使用event demultiplexer注冊(cè)寨闹,注銷事件颤殴;并運(yùn)行事件循環(huán),當(dāng)有事件進(jìn)入"就緒"狀態(tài)時(shí)鼻忠,調(diào)用注冊(cè)事件的回調(diào)函數(shù)處理事件涵但。
通常是由操作系統(tǒng)提供的I/O多路復(fù)用的機(jī)制,例如select,?epoll. 程序首先將handler(事件源)以及對(duì)應(yīng)的事件注冊(cè)到event demultiplexer上帖蔓;當(dāng)有事件到達(dá)時(shí)矮瘟,event demultiplexer就會(huì)發(fā)出通知,通知Reactor調(diào)用事件處理程序進(jìn)行處理塑娇。
事件處理程序提供了一組接口澈侠,在Reactor相應(yīng)的事件發(fā)生時(shí)調(diào)用,執(zhí)行相應(yīng)的事件處理埋酬,通常會(huì)綁定一個(gè)有效的handler哨啃。
怎樣在Reactor中實(shí)現(xiàn)讀?
①?注冊(cè)讀就緒事件和相應(yīng)的事件處理器写妥。
②事件分發(fā)器等待事件拳球。
③事件到來(lái),激活分發(fā)器珍特,分發(fā)器調(diào)用事件對(duì)應(yīng)的處理器祝峻。
④事件處理器完成實(shí)際的讀操作,處理讀到的數(shù)據(jù),注冊(cè)新的事件莱找,然后返還控制權(quán)酬姆。
標(biāo)準(zhǔn)/典型的Reactor是什么?
步驟1:等待事件到來(lái)(Reactor負(fù)責(zé))奥溺。
步驟2:將讀就緒事件分發(fā)給用戶定義的處理器(Reactor負(fù)責(zé))辞色。
步驟3:讀數(shù)據(jù)(用戶處理器負(fù)責(zé))。
步驟4:處理數(shù)據(jù)(用戶處理器負(fù)責(zé))浮定。
Reactor模式流程是什么淫僻?
① 初始化Initiation Dispatcher,然后將若干個(gè)Concrete Event Handler注冊(cè)到Initiation Dispatcher中壶唤。當(dāng)應(yīng)用向Initiation Dispatcher注冊(cè)Concrete Event Handler時(shí)雳灵,會(huì)在注冊(cè)的同時(shí)指定感興趣的事件,即闸盔,應(yīng)用會(huì)標(biāo)識(shí)出該事件處理器希望Initiation Dispatcher在某些事件發(fā)生時(shí)向其發(fā)出通知悯辙,事件通過(guò)Handle來(lái)標(biāo)識(shí),而Concrete Event Handler又持有該Handle迎吵。這樣躲撰,事件 —> Handle —> Concrete Event Handler 就關(guān)聯(lián)起來(lái)了。
② Initiation Dispatcher 會(huì)要求每個(gè)事件處理器向其傳遞內(nèi)部的Handle击费。該Handle向操作系統(tǒng)標(biāo)識(shí)了事件處理器拢蛋。
③ 當(dāng)所有的Concrete Event Handler都注冊(cè)完畢后,應(yīng)用會(huì)調(diào)用handle_events方法來(lái)啟動(dòng)Initiation Dispatcher的事件循環(huán)蔫巩。這是谆棱,Initiation Dispatcher會(huì)將每個(gè)注冊(cè)的Concrete Event Handler的Handle合并起來(lái),并使用Synchronous Event Demultiplexer(同步事件分離器)同步阻塞的等待事件的發(fā)生圆仔。比如說(shuō)垃瞧,TCP協(xié)議層會(huì)使用select同步事件分離器操作來(lái)等待客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)連接的socket handler上。
比如坪郭,在Java中通過(guò)Selector的select()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)同步阻塞等待事件發(fā)生的操作个从。在Linux操作系統(tǒng)下,select()的實(shí)現(xiàn)中 a)會(huì)將已經(jīng)注冊(cè)到Initiation Dispatcher的事件調(diào)用epollCtl(epfd, opcode, fd, events)注冊(cè)到linux系統(tǒng)中歪沃,這里fd表示Handle嗦锐,events表示我們所感興趣的Handle的事件;b)通過(guò)調(diào)用epollWait方法同步阻塞的等待已經(jīng)注冊(cè)的事件的發(fā)生沪曙。不同事件源上的事件可能同時(shí)發(fā)生奕污,一旦有事件被觸發(fā)了,epollWait方法就會(huì)返回珊蟀;c)最后通過(guò)發(fā)生的事件找到相關(guān)聯(lián)的SelectorKeyImpl對(duì)象菊值,并設(shè)置其發(fā)生的事件為就緒狀態(tài),然后將SelectorKeyImpl放入selectedSet中育灸。這樣一來(lái)我們就可以通過(guò)Selector.selectedKeys()方法得到事件就緒的SelectorKeyImpl集合了腻窒。
④ 當(dāng)與某個(gè)事件源對(duì)應(yīng)的Handle變?yōu)閞eady狀態(tài)時(shí)(比如說(shuō),TCP socket變?yōu)榈却x狀態(tài)時(shí))磅崭,Synchronous Event Demultiplexer就會(huì)通知Initiation Dispatcher儿子。
⑤ Initiation Dispatcher會(huì)觸發(fā)事件處理器的回調(diào)方法,從而響應(yīng)這個(gè)處于ready狀態(tài)的Handle砸喻。當(dāng)事件發(fā)生時(shí)柔逼,Initiation Dispatcher會(huì)將被事件源激活的Handle作為『key』來(lái)尋找并分發(fā)恰當(dāng)?shù)氖录幚砥骰卣{(diào)方法。
⑥ Initiation Dispatcher會(huì)回調(diào)事件處理器的handle_event(type)回調(diào)方法來(lái)執(zhí)行特定于應(yīng)用的功能(開發(fā)者自己所編寫的功能)割岛,從而相應(yīng)這個(gè)事件愉适。所發(fā)生的事件類型可以作為該方法參數(shù)并被該方法內(nèi)部使用來(lái)執(zhí)行額外的特定于服務(wù)的分離與分發(fā)。
Reactor模式的實(shí)現(xiàn)方式有哪些癣漆?
1. 單線程Reactor模式:
流程:
① 服務(wù)器端的Reactor是一個(gè)線程對(duì)象维咸,該線程會(huì)啟動(dòng)事件循環(huán),并使用Selector來(lái)實(shí)現(xiàn)IO的多路復(fù)用惠爽。注冊(cè)一個(gè)Acceptor事件處理器到Reactor中癌蓖,Acceptor事件處理器所關(guān)注的事件是ACCEPT事件,這樣Reactor會(huì)監(jiān)聽客戶端向服務(wù)器端發(fā)起的連接請(qǐng)求事件(ACCEPT事件)婚肆。
② 客戶端向服務(wù)器端發(fā)起一個(gè)連接請(qǐng)求租副,Reactor監(jiān)聽到了該ACCEPT事件的發(fā)生并將該ACCEPT事件派發(fā)給相應(yīng)的Acceptor處理器來(lái)進(jìn)行處理。Acceptor處理器通過(guò)accept()方法得到與這個(gè)客戶端對(duì)應(yīng)的連接(SocketChannel)较性,然后將該連接所關(guān)注的READ事件以及對(duì)應(yīng)的READ事件處理器注冊(cè)到Reactor中用僧,這樣一來(lái)Reactor就會(huì)監(jiān)聽該連接的READ事件了≡蘖或者當(dāng)你需要向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)永毅,就向Reactor注冊(cè)該連接的WRITE事件和其處理器。
③ 當(dāng)Reactor監(jiān)聽到有讀或者寫事件發(fā)生時(shí)人弓,將相關(guān)的事件派發(fā)給對(duì)應(yīng)的處理器進(jìn)行處理沼死。比如,讀處理器會(huì)通過(guò)SocketChannel的read()方法讀取數(shù)據(jù)崔赌,此時(shí)read()操作可以直接讀取到數(shù)據(jù)意蛀,而不會(huì)堵塞與等待可讀的數(shù)據(jù)到來(lái)。
④ 每當(dāng)處理完所有就緒的感興趣的I/O事件后健芭,Reactor線程會(huì)再次執(zhí)行select()阻塞等待新的事件就緒并將其分派給對(duì)應(yīng)處理器進(jìn)行處理县钥。
注意,Reactor的單線程模式的單線程主要是針對(duì)于I/O操作而言慈迈,也就是所以的I/O的accept()若贮、read()省有、write()以及connect()操作都在一個(gè)線程上完成的。
但在目前的單線程Reactor模式中谴麦,不僅I/O操作在該Reactor線程上蠢沿,連非I/O的業(yè)務(wù)操作也在該線程上進(jìn)行處理了,這可能會(huì)大大延遲I/O請(qǐng)求的響應(yīng)匾效。所以我們應(yīng)該將非I/O的業(yè)務(wù)邏輯操作從Reactor線程上卸載舷蟀,以此來(lái)加速Reactor線程對(duì)I/O請(qǐng)求的響應(yīng)。
2.?單線程Reactor模式的改進(jìn)面哼,使用工作者線程池
由上面的示例我們大概可以總結(jié)出NIO是怎么解決掉線程的瓶頸并處理海量連接的:
NIO由原來(lái)的阻塞讀寫(占用線程)變成了單線程輪詢事件野宜,找到可以進(jìn)行讀寫的網(wǎng)絡(luò)描述符進(jìn)行讀寫。除了事件的輪詢是阻塞的(沒(méi)有可干的事情必須要阻塞)魔策,剩余的I/O操作都是純CPU操作匈子,沒(méi)有必要開啟多線程。
并且由于線程的節(jié)約闯袒,連接數(shù)大的時(shí)候因?yàn)榫€程切換帶來(lái)的問(wèn)題也隨之解決旬牲,進(jìn)而為處理海量連接提供了可能。
單線程處理I/O的效率確實(shí)非常高搁吓,沒(méi)有線程切換原茅,只是拼命的讀、寫堕仔、選擇事件擂橘。但現(xiàn)在的服務(wù)器,一般都是多核處理器摩骨,如果能夠利用多核心進(jìn)行I/O通贞,無(wú)疑對(duì)效率會(huì)有更大的提高。
仔細(xì)分析一下我們需要的線程恼五,其實(shí)主要包括以下幾種:
事件分發(fā)器昌罩,單線程選擇就緒的事件。
I/O處理器灾馒,包括connect茎用、read、write等睬罗,這種純CPU操作轨功,一般開啟CPU核心個(gè)線程就可以。
業(yè)務(wù)線程容达,在處理完I/O后古涧,業(yè)務(wù)一般還會(huì)有自己的業(yè)務(wù)邏輯,有的還會(huì)有其他的阻塞I/O花盐,如DB操作羡滑,RPC等菇爪。只要有阻塞,就需要單獨(dú)的線程柒昏。
Java的Selector對(duì)于Linux系統(tǒng)來(lái)說(shuō)凳宙,有一個(gè)致命限制:同一個(gè)channel的select不能被并發(fā)的調(diào)用。因此昙楚,如果有多個(gè)I/O線程近速,必須保證:一個(gè)socket只能屬于一個(gè)IoThread诈嘿,而一個(gè)IoThread可以管理多個(gè)socket堪旧。
另外連接的處理和讀寫的處理通常可以選擇分開奖亚,這樣對(duì)于海量連接的注冊(cè)和讀寫就可以分發(fā)淳梦。雖然read()和write()是比較高效無(wú)阻塞的函數(shù),但畢竟會(huì)占用CPU昔字,如果面對(duì)更高的并發(fā)則無(wú)能為力爆袍。
與單線程Reactor模式不同的是,添加了一個(gè)工作者線程池作郭,并將非I/O操作從Reactor線程中移出轉(zhuǎn)交給工作者線程池來(lái)執(zhí)行陨囊。這樣能夠提高Reactor線程的I/O響應(yīng),不至于因?yàn)橐恍┖臅r(shí)的業(yè)務(wù)邏輯而延遲對(duì)后面I/O請(qǐng)求的處理夹攒。
使用線程池的優(yōu)勢(shì):
① 通過(guò)重用現(xiàn)有的線程而不是創(chuàng)建新線程蜘醋,可以在處理多個(gè)請(qǐng)求時(shí)分?jǐn)傇诰€程創(chuàng)建和銷毀過(guò)程產(chǎn)生的巨大開銷。
② 另一個(gè)額外的好處是咏尝,當(dāng)請(qǐng)求到達(dá)時(shí)压语,工作線程通常已經(jīng)存在,因此不會(huì)由于等待創(chuàng)建線程而延遲任務(wù)的執(zhí)行编检,從而提高了響應(yīng)性胎食。
③ 通過(guò)適當(dāng)調(diào)整線程池的大小,可以創(chuàng)建足夠多的線程以便使處理器保持忙碌狀態(tài)允懂。同時(shí)還可以防止過(guò)多線程相互競(jìng)爭(zhēng)資源而使應(yīng)用程序耗盡內(nèi)存或失敗厕怜。
注意,在上圖的改進(jìn)的版本中蕾总,所有的I/O操作依舊由一個(gè)Reactor來(lái)完成酣倾,包括I/O的accept()、read()谤专、write()以及connect()操作躁锡。
對(duì)于一些小容量應(yīng)用場(chǎng)景,可以使用單線程模型置侍。但是對(duì)于高負(fù)載映之、大并發(fā)或大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用場(chǎng)景卻不合適拦焚,主要原因如下:
① 一個(gè)NIO線程同時(shí)處理成百上千的鏈路,性能上無(wú)法支撐杠输,即便NIO線程的CPU負(fù)荷達(dá)到100%赎败,也無(wú)法滿足海量消息的讀取和發(fā)送;
② 當(dāng)NIO線程負(fù)載過(guò)重之后蠢甲,處理速度將變慢僵刮,這會(huì)導(dǎo)致大量客戶端連接超時(shí),超時(shí)之后往往會(huì)進(jìn)行重發(fā)鹦牛,這更加重了NIO線程的負(fù)載搞糕,最終會(huì)導(dǎo)致大量消息積壓和處理超時(shí),成為系統(tǒng)的性能瓶頸曼追;
3. 多Reactor線程模式
Reactor線程池中的每一Reactor線程都會(huì)有自己的Selector窍仰、線程和分發(fā)的事件循環(huán)邏輯。mainReactor可以只有一個(gè)礼殊,但subReactor一般會(huì)有多個(gè)驹吮。mainReactor線程主要負(fù)責(zé)接收客戶端的連接請(qǐng)求,然后將接收到的SocketChannel傳遞給subReactor晶伦,由subReactor來(lái)完成和客戶端的通信碟狞。
流程:
① 注冊(cè)一個(gè)Acceptor事件處理器到mainReactor中,Acceptor事件處理器所關(guān)注的事件是ACCEPT事件婚陪,這樣mainReactor會(huì)監(jiān)聽客戶端向服務(wù)器端發(fā)起的連接請(qǐng)求事件(ACCEPT事件)族沃。啟動(dòng)mainReactor的事件循環(huán)。
② 客戶端向服務(wù)器端發(fā)起一個(gè)連接請(qǐng)求近忙,mainReactor監(jiān)聽到了該ACCEPT事件并將該ACCEPT事件派發(fā)給Acceptor處理器來(lái)進(jìn)行處理竭业。Acceptor處理器通過(guò)accept()方法得到與這個(gè)客戶端對(duì)應(yīng)的連接(SocketChannel),然后將這個(gè)SocketChannel傳遞給subReactor線程池及舍。
③ subReactor線程池分配一個(gè)subReactor線程給這個(gè)SocketChannel未辆,即,將SocketChannel關(guān)注的READ事件以及對(duì)應(yīng)的READ事件處理器注冊(cè)到subReactor線程中锯玛。當(dāng)然你也注冊(cè)WRITE事件以及WRITE事件處理器到subReactor線程中以完成I/O寫操作咐柜。Reactor線程池中的每一Reactor線程都會(huì)有自己的Selector、線程和分發(fā)的循環(huán)邏輯攘残。
④ 當(dāng)有I/O事件就緒時(shí)拙友,相關(guān)的subReactor就將事件派發(fā)給相應(yīng)的處理器處理。注意歼郭,這里subReactor線程只負(fù)責(zé)完成I/O的read()操作遗契,在讀取到數(shù)據(jù)后將業(yè)務(wù)邏輯的處理放入到線程池中完成,若完成業(yè)務(wù)邏輯后需要返回?cái)?shù)據(jù)給客戶端病曾,則相關(guān)的I/O的write操作還是會(huì)被提交回subReactor線程來(lái)完成牍蜂。
注意漾根,所有的I/O操作(包括,I/O的accept()鲫竞、read()辐怕、write()以及connect()操作)依舊還是在Reactor線程(mainReactor線程 或 subReactor線程)中完成的。Thread Pool(線程池)僅用來(lái)處理非I/O操作的邏輯从绘。
多Reactor線程模式將“接受客戶端的連接請(qǐng)求”和“與該客戶端的通信”分在了兩個(gè)Reactor線程來(lái)完成寄疏。mainReactor完成接收客戶端連接請(qǐng)求的操作,它不負(fù)責(zé)與客戶端的通信僵井,而是將建立好的連接轉(zhuǎn)交給subReactor線程來(lái)完成與客戶端的通信陕截,這樣一來(lái)就不會(huì)因?yàn)閞ead()數(shù)據(jù)量太大而導(dǎo)致后面的客戶端連接請(qǐng)求得不到即時(shí)處理的情況。并且多Reactor線程模式在海量的客戶端并發(fā)請(qǐng)求的情況下驹沿,還可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)subReactor線程池來(lái)將海量的連接分發(fā)給多個(gè)subReactor線程艘策,在多核的操作系統(tǒng)中這能大大提升應(yīng)用的負(fù)載和吞吐量蹈胡。
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