[TOC] ## 概述 在介紹這兩種模型之前先介紹一下在I/O場景下同步、異步、阻塞、非阻塞的概念。 我們都知道我們的程序是運行在操作系統上的，我們程序和服務器硬件之間隔著個操作系統，一般情況下我們的服務器都是linux系統，為了安全考慮linux系統又分了：**用戶態和內核態**。 I/O操作得經歷兩個過程： 1、讀存儲設備數據到內核緩存 2、從內核緩存讀數據到用戶空間 >1操作比2操作慢的多，因為去磁盤尋址啊等操作比較慢。 然后我們**平日里針對I/O場景下說的阻塞I/O、非阻塞I/O指的就是1操作是否阻塞**，也就是會立即返回一個狀態值，還是會等待存儲設備數據讀取到內核緩存后在返回所需的數據。 而平日里說的**同步I/O、異步I/O指的是2操作是否會阻塞。** 我們提到不同的操作系統實現的io策略可能不一樣，即使是同一個操作系統也可能存在多重io策略，常見如linux上的select，poll，epoll，面對這么多不同類型的io接口，這里需要一層抽象api來完成，所以就演變出來兩種高性能的io的設計模式，分別是Reactor（同步IO）和Proactor（異步IO）。 一般情況下，I/O 復用機制需要事件分享器(event demultiplexor)。 事件分離器的作用，即將那些讀寫事件源分發給各讀寫事件的處理者，就像送快遞的小哥，拉著一三輪車快遞停到了小區的快遞收發區，然后打電話通知，誰誰誰的快遞到了快來拿吧；誰誰誰要郵寄出去的快遞，快來這里郵寄填寫表格。這里面拿快遞就類似IO的讀請求，發快遞就類似IO的寫請求，而快遞小哥則是事件分享器，并負責完成送和收快遞的兩種事件。開發人員在開始的時候需要在分享器那里注冊感興趣的事件，并提供相應的處理者(event handlers)，或者是回調函數; 事件分享器在適當的時候會將請求的事件分發給這些handler或者回調函數。 ## 關于Reactor Reactor英文意思為反應器，類似于核能的反應堆一樣，所有的能量都源源不斷從這里傳出.或者更貼切一點叫事件的分發器。在Reactor中，事件分離器負責等待文件描述符或socket為讀寫操作準備就緒，然后將就緒事件傳遞給對應的處理器，最后由處理器負責完成實際的讀寫工作。 Linux epoll 使用 Reactor 模式。Reactor 模式使用同步 I/O（一般來說）。Reactor 的標準（典型）的工作方式是： （1）應用程序注冊讀就緒事件和相關聯的事件處理器 （2）Reactor阻塞等待內核事件通知 （3）Reactor收到通知，然后分發可讀寫事件（讀寫準備就緒）到用戶事件處理函數 （4）用戶讀取數據，并處理數據 （5）事件處理器完成實際的讀操作，處理讀到的數據，注冊新的事件，然后返還控制權。 這里面需要注意，事件分離器僅僅發現當有io事件都寫就緒的時候，會通知用戶線程來讀取數據，這一步相當于io阻塞的第二個階段，從內核空間拷貝數據到用戶空間是由用戶線程完成的，所以Reactor模式實際上還屬于同步IO的模式，當然為了架構更靈活和性能更好，一般情況下事件分離器和實際的處理器線程是分開的，類似Netty里面的boss線程組合worker線程組一樣。 ## 關于Proactor Proactor英文意思前攝器，是一種異步的IO設計模式。這種模式更加理想，但真正支持純異步的io模式，目前只有windows的Windows IO completion port.（iocp）模型。 Windows iocp 使用 Proactor 模式。Proactor 模式使用異步 I/O（一般來說）。Proactor 的標準（典型）的工作方式是： （1）應用程序初始化一個異步讀取操作，然后注冊相應的事件處理器，此時事件處理器不關注讀取就緒事件，而是關注讀取完成事件，這是區別于Reactor的關鍵。 （2）事件分離器等待讀取操作完成事件 （3）在事件分離器等待讀取操作完成的時候，操作系統調用內核線程完成讀取操作，并將讀取的內容放入用戶傳遞過來的緩存區中。這也是區別于Reactor的一點，Proactor中，應用程序需要傳遞緩存區。 （4）事件分離器捕獲到讀取完成事件后，激活應用程序注冊的事件處理器，事件處理器直接從緩存區讀取數據，而不需要進行實際的讀取操作。 從上面的描述中能夠看到，Proactor模式中，操作系統相當于直接把IO操作的兩階段工作都給干了，這也要求應用程序在注冊異步任務時，需要傳遞一個緩存區，用來存放結果數據。這里面事件分離器關注的是io的完成事件，而不是就緒時間，當分離器通知應用程序時，應用程序可以直接就能處理數據了。 ## 總結 關于Reactor和Proactor這兩種IO設計模式，我們舉個實際生活中的例子：Reactor模式就是快遞員在樓下，給你打電話告訴你快遞到了，你需要自己下樓來拿快遞。而在Proactor模式下，快遞員直接將快遞送到家里面的指定位置。 Reactor和Proactor是兩種高性能的IO設計模式，分別用于同步IO和異步IO的策略，可以看出它們都是采用的IO復用的模式，都是對某個IO事件的事件通知(即告訴某個模塊，這個IO操作可以進行或已經完成)。在結構上，兩者也有相同點：demultiplexor負責提交IO操作(異步)、查詢設備是否可操作(同步)，然后當條件滿足時，就回調handler； 不同點在于，異步情況下(Proactor)，當回調handler時，表示IO操作已經完成（數據已從系統內核拷貝到程序內存）；同步情況下(Reactor)，回調handler時，表示IO設備可以進行某個操作(can read or can write，數據準備就緒，但是用戶需要自己將數據從系統內核拷貝到程序內存)。