Reactor 模型和 Proactor 模型

在网络IO设计中，有两种高性能模型：Reactor模型和Proactor模型。

Reactor基于同步IO模式，Proactor基于异步IO模式。

不过，无论是 Reactor，还是 Proactor，都是一种基于「事件分发」的网络编程模式，区别在于 Reactor 模式是基于「待完成」的 I/O 事件，而 Proactor 模式则是基于「已完成」的 I/O 事件。

一、Reactor

Reactor模型主要就是监听事件，分发事件和处理事件。其中Reactor角色会负责监听事件 和分发事件，Handler角色和Acceptor角色会负责处理事件。

Netty网络框架，Redis等中间件中都有使用到Reactor模型。

1.单 Reactor 单线程（Redis使用）

Java 语言实现的是「单 Reactor 单线程」的方案，因为 Java 程序是跑在 Java 虚拟机这个进程上面的，虚拟机中有很多线程，我们写的 Java 程序只是其中的一个线程而已。

优点

将所有处理逻辑放在一个线程中实现，没有多线程通信、竞争的问题。

缺点

一个 Reactor 既要负责处理连接请求，又要负责处理读写请求，在面对瞬间高并发的场景时，容易成为性能的瓶颈的地方。
一旦 Reactor 线程意外中断或者进入死循环，会导致整个系统通信模块不可用。
只有一个线程在工作，处理效率低，无法利用多核CPU的优势。
Handler 对象在业务处理时，整个线程是无法处理其他连接的事件的。

2.单 Reactor 多线程

优点

多线程模式可以充分利用多核CPU 的性能。

缺点

单 Reactor 存在两个的问题（同上）。
Handler 使用多线程模式，自然带来了多线程竞争资源的开销，同时涉及共享数据的互斥和保护机制，实现比较复杂。（例如，子线程完成业务处理后，要把结果传递给主线程的 Handler 进行发送，这里涉及共享数据的竞争）

3.主从 Reactor 多线程（Netty使用）

思考：为什么一个Reactor同时监听连接事件和处理读写事件是不好的？

一般来说处理连接请求是很快的，但处理读写请求时涉及到业务逻辑处理，相对慢很多。所以 Reactor 在处理读写请求时，其他请求只能等着，容易造成系统的性能瓶颈。
客户端连接的建立是不频繁的，但是连接建立后数据的收发是频繁的，所以如果能够将处理读写事件这个动作拆分出来，让多个子Reactor来处理读写事件，而原来的主Reactor只监听连接事件，那么整体的效率，会进一步提升，而这，就是主从Reactor多线程模型。

主线程中的 MainReactor 对象通过 select 监控连接建立事件，收到事件后通过 Acceptor 对象中的 accept 获取连接，将新的连接分配给某个子线程；

子线程中的 SubReactor 对象将 MainReactor 对象分配的连接加入 select 继续进行监听，并创建一个 Handler 用于处理连接的响应事件。

优点

主线程和子线程分工明确，主线程只负责接收新连接，子线程负责完成后续的业务处理。
主线程和子线程的交互也很简单，子线程接收主线程的连接后，只管业务处理即可，无须关注主线程，可以直接在子线程将处理结果发送给客户端。
适用于高并发场景。

二、Proactor

关于同步与异步的概念，大家可以看这篇：

最清楚的 BIO、NIO、AIO 详解！-CSDN博客

现在我们再来理解 Reactor 和 Proactor 的区别，就比较清晰了。

Reactor 是非阻塞同步网络模式，感知的是就绪可读写事件。在每次感知到有事件发生（比如可读就绪事件）后，就需要应用进程主动调用 read 方法来完成数据的读取，也就是要应用进程主动将 socket 接收缓存中的数据读到应用进程内存中，这个过程是同步的，读取完数据后应用进程才能处理数据。
Proactor 是异步网络模式，感知的是已完成的读写事件。在发起异步读写请求时，需要传入数据缓冲区的地址（用来存放结果数据）等信息，这样系统内核才可以自动帮我们把数据的读写工作完成，这里的读写工作全程由操作系统来做，并不需要像 Reactor 那样还需要应用进程主动发起 read/write 来读写数据，操作系统完成读写工作后，就会通知应用进程直接处理数据。

因此，Reactor 可以理解为「来了事件操作系统通知应用进程，让应用进程来处理」，而 Proactor 可以理解为「来了事件操作系统来处理，处理完再通知应用进程」。这里的「事件」就是有新连接、有数据可读、有数据可写的这些 I/O 事件这里的「处理」包含从驱动读取到内核以及从内核读取到用户空间。

无论是 Reactor，还是 Proactor，都是一种基于「事件分发」的网络编程模式，区别在于 Reactor 模式是基于「待完成」的 I/O 事件，而 Proactor 模式则是基于「已完成」的 I/O 事件。

介绍一下 Proactor 模式的工作流程：

Proactor Initiator 负责创建 Proactor 和 Handler 对象，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，并处理 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；