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前言
最近研究 Java NIO 的時候，常常看到一種 設計模式——Reactor模式，以前沒接觸過這個模式在Netty中也有應用，那麼Reactor模式是什麼？為什麼要使用Reactor模式？在NIO中如何實現Reactor模式？下面將揭開 Reactor的神祕面紗
下面的介紹參考了網上很多相關資料，所以會與網上某些資料有重複的情況，還請見諒
Reactor的介紹
Reactor 是一種和 IO 相關的設計模式，Java中的NIO中天生就對 Reactor模式提供了很好的支援，比較著名的就是 Doung Lea 大神在 《Scalable IO in Java》演示如何使用 NIO 實現Reactor模式
在維基百科上對 Reactor模式定義如下:
The reactor design pattern is an event handling pattern for handling service requests delivered concurrently to a service handler by one or more inputs. The service handler then demultiplexes the incoming requests and dispatches them synchronously to the associated request handlers
從上面的描述我們可以得到幾個關鍵點：
- 一種事件驅動模型
- 處理多個輸入
- 採用多路複用將事件分發給相應的Handler處理
在netty學習系列二：NIO Reactor模型 & Netty執行緒模型這篇文章談到，Reactor實際上採用了分而治之和事件驅動的思想：
分而治之： 一個連線裡完整的網路處理過程一般分為 accept，read，decode，process，encode，send這幾步。而Reactor模式將每個步驟對映為 一個Task，服務端執行緒執行的最小邏輯單元不再是一個完整的網路請求，而是 Task，且採用非阻塞方式執行。
事件驅動： 每個Task 對應特定的網路事件，當Task 準備就緒時，Reactor 收到對應的網路事件通知，並將Task 分發給繫結了對應網路事件的 Handler 執行。
總結以上幾個特點，再次說明下 Reactor模式就是 指一個或多個事件輸入同時傳遞給服務處理器(Reactor)，服務處理器負責監聽各事件的狀態，當任意一個事件準備就緒時，服務處理器收到該事件通知，並將事件傳送給繫結了該對應網路事件的事件處理器(Handler)執行
Reactor模式也叫做Dispatcher模式，即 I/O多路複用統一監聽事件，收到事件後再分發(Dispatch)給相應的處理執行緒。
模式比較
談到 Reactor模式就會讓我想起觀察者模式，它倆看起來非常相似的，但是觀察者模式主要用於一對多的情況，它定義了一個一對多的依賴關係，讓多個觀察者物件監聽一個主題物件，當被觀察者狀態改變時，需要通知相應的觀察者，使這些觀察者能夠自動更新。所以實際上它們還是有不同的，觀察者模式與單個事件源關聯，而Reactor模式與多個事件源關聯。
Reactor模式的三種實現
以下的說明參考了Alibaba資深技術專家李運華的極客時間專欄從0開始學架構中對於Reactor的介紹
Reactor模式有三種典型的實現方案：
- 單Reactor單執行緒
- 單Reactor多執行緒
- 主從Reactor多執行緒
在介紹三個方案之前，先來了解下Reactor模式中的幾個角色：
- Reactor: 負責響應事件，將事件分發繫結了該事件的Handler處理
- Handler: 事件處理器，繫結了某類事件，負責執行對應事件的任務對事件進行處理
- Acceptor：Handler的一種，繫結了 connect 事件，當客戶端發起connect請求時，Reactor會將accept事件分發給Acceptor處理
單Reactor單執行緒
PS: 以上的select，accept,read,send是標準I/O複用模型的網路程式設計API,dispatch和"業務處理"是需要完成的操作。
方案的具體步驟如下:
- Reactor物件通過select監控連線事件，收到事件後通過dispatch進行分發
- 如果是連線建立的事件，則交由 Acceptor 通過accept 處理連線請求，然後建立一個 Handler 物件處理連線完成後的後續業務處理
- 如果不是建立連線事件，則 Reactor 會分發呼叫連線對應的 Handler來響應
- Handler 會完成 read -> 業務處理 -> send 的完整業務流程
單Reactor單執行緒的優點：
- 模型簡單，沒有多執行緒，程式通訊，競爭的問題，全部都在一個執行緒中完成
缺點：
- 只有一個程式，無法發揮多核 CPU的效能，只能採取部署多個系統來利用多核CPU,但這樣會帶來運維複雜度
- Handler 在處理某個連線上的業務時，整個程式無法處理其他連線的事件，很容易導致效能瓶頸
單Reactor單執行緒在NIO中的實現
下圖是單Reactor單執行緒在 Java NIO中流程圖：
至於單Reactor單執行緒在 NIO 中的程式碼，詳情參閱 Doung Lea 大神的 《Scalable IO in Java》
單Reactor多執行緒
方案步驟:
- 主執行緒中，Reactor物件通過select 監聽連線事件，收到事件後通過 dispatch進行分發
- 如果是連線建立的事件，則由Acceptor處理，Acceptor通過 accept接受連線，並建立一個 Handler 來處理連線後續的各種事件。
- 如果不是連線建立事件，則Reactor會呼叫連線對應的Handler來進行相應
- Handler 只負責響應事件，不進行業務處理，Handler 通過 read 讀取到資料後，會發給 processor 進行業務處理
- Processor 會在獨立的子執行緒中完成真正的 業務處理，然後將響應結果發給主程式的 Handler處理，Handler 收到響應後通過 send 將響應結果返回給 client
優點:
- 能夠充分利用多核多 CPU的處理能力
缺點：
- 多執行緒資料共享和訪問比較複雜
- Reactor 承擔所有事件的監聽和響應，只在主執行緒中執行，瞬間高併發時會成為效能瓶頸
單Reactor多執行緒在 Java NIO中的實現
下圖是單Reactor多執行緒在 Java NIO實現的流程圖
說明:
- 有專門一個Reactor執行緒用於監聽伺服器 ServerSocketChannel，接收客戶端的TCP連線請求
- 網路IO的讀/寫操作等由一個 worker reactor執行緒池負責，由執行緒池中的NIO執行緒負責監聽 SocketChannel事件，進行訊息的讀取，解碼，編碼和傳送
- 一個 NIO 執行緒可以同時處理 N條鏈路，但是一個鏈路只註冊在一個NIO 執行緒上處理，防止發生併發操作問題。
至於單Reactor多執行緒在 NIO 中的程式碼，詳情參閱 Doung Lea 大神的 《Scalable IO in Java》
多Reactor多程式/執行緒
下圖以多Reactor多程式為例
方案說明:
- 主程式中mainReactor物件通過 select監控連線建立事件，收到事件後通過 Acceptor接收，將新的連線分配給某個子程式。
- 子程式中的 subReactor 將 mainReactor 分配的連線加入連線佇列進行監聽，並建立一個 Handler 用於處理連線的各種事件
- 當有新的事件發生時，subReactor 會呼叫裡連線對應的 Handler 來響應
- Handler完成 read -> 業務處理 -> send 的完整業務流程
特點:
- 主程式和子程式的職責非常明確，主程式只負責接收新連線，子程式負責完成後續的業務處理
- 主程式和子程式的互動很簡單，主程式只需要把新的連線傳遞給子程式，子程式無需返回資料
- 子程式之間是相互獨立的，無需同步共享之類的處理（這裡僅限於網路模型相關的 select,read,send等無須同步共享，"業務處理"還是有可能需要同步共享的）
多Reactor多執行緒在 Java NIO中的體現
小結
上面的總結參考了很多大神的分析，算是對 Reactor模式 有個初步的認識。