loop_in_codes

低调做技术__欢迎移步我的独立博客 codemaro.com 微博 kevinlynx

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, 00 );
        
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;
}


/// application
class 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:

proactor_uml

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.  = =|

posted on 2008-06-06 13:25 Kevin Lynx 阅读(28605) 评论(7)  编辑 收藏 引用 所属分类: network模块架构

评论

# re: Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲 2008-06-06 15:13 关中刀客

模式是个好东西,但不是绝对的好东西,有时也不是很必要使用proactor  回复  更多评论   

# re: Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲 2008-06-06 15:40 Kevin Lynx

@关中刀客
传说哥们和我同年同月差一天就同日生(我10号:d)

还有,一直想看下你的cobra是个什么东西  回复  更多评论   

# re: Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲 2008-06-06 16:43 关中刀客

To Kevin Lynx兄:
呵呵,有缘有缘,我的cobra_win是一个网络通讯库,主要是针对iocp,采用异步多线程,底层目前已经有了自己的一套内存管理策略,比较完善的日志模快,定时器模块等等,感觉对于底层来说,已经相对的完善了,现在需要做的就是多多的改进和修正很多东西。呵呵,以后可以多多的交流~  回复  更多评论   

# re: Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲 2008-06-06 17:19 Kevin Lynx

@关中刀客
难道不开源?不知道能否分享下代码。

我之前在google,baidu都搜索过你这个东西,没有发现类似googlecode之类的项目地址。。  回复  更多评论   

# re: Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲 2008-06-11 14:15 胡章优

写的很不错
这两个模式在服务器开发中是应用的最多的算是

另外一点开发的重点在集群管理上面

刀客的东西可能想商业化,并没有开源的打算  回复  更多评论   

# re: Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲[未登录] 2008-06-12 19:25 杨粼波

IOCP就是Proactor实现的系统级的事件分离器。

leader follower模式,是一种并发模式,也可以说是一种策略。
这些都可以在ACE的那两本网络编程的书里面看到讲解。
我最近一直看这书,一边写自己的网络库。之前写的不满意,现在重新写一个。尝试先用UML建模的方法。  回复  更多评论   

# re: Proactor和Reactor模式_继续并发系统设计的扫盲 2008-12-01 21:13 峰lntu

proactor 很好用  回复  更多评论   


只有注册用户登录后才能发表评论。
【推荐】超50万行VC++源码: 大型组态工控、电力仿真CAD与GIS源码库
网站导航: 博客园   IT新闻   BlogJava   知识库   博问   管理