Reactor模式详解
本文翻译至某大神的论文，论文名字叫就叫reactor。
#### reactor设计模式用于需要并发处理多个客户端的服务器。
####1. 举个例子吧
假设我们需要建立一个提供分布式日志服务的事件驱动服务器。客户们使用客户端会向该服务器发送请求记录自己的状态信息，信息包括错误通知、debug信息、表现诊断等。该日志服务器对于收到的信息进行分类并分发操作，包括：显示屏显示、打印机打印、数据库存储等，如下图所示。
客户端和服务器之间通信协议通常选用TCP等面向连接的协议（为了保证可靠性），通过IP和端口的四元组来认定客户端和服务器。日志服务器被多个客户端同时使用，为此该服务器需要保证多用户连接请求和日志记录的并发性。为了保证这个基本要求，不难想到使用多线程去实现该服务器，每一个线程专门针对一个连接。
然而，该设计存在以下的问题：
（1） 效率问题。
多线程导致的上下文切换、同步、数据移动等可能带来效率的下降。
（2） 编程的简单性。
多线程需要考虑复杂的并发设计，包括线程安全等。
（3）可移植性
多线程在不同OS下的不同（或者没有）影响了可移植性。
由于以上问题，多线程设计往往既不是最高效也不是最易实现的方案。由此我们需要别的方案来实现可以处理并发请求的服务器（推销自己的reactor）。
####2. 需要解决的问题
我们需要一个可以处理多个客户端请求的分布式服务器系统，每一个请求和某种特定的操作系统事件对应。比如在上文中提到的日志服务器，客户端请求处理日志记录就代表着读事件。在**特定的服务前，服务器必须把收到的事件分发给各个事件所属的服务提供者。为了有效实现这一点，我们需要以下条件：
（1）服务器必须在等待事件发生的同事处理到达的事件，即不可由于单个事件导致服务器的完全阻塞，否则将导致其他事件严重延迟。
（2）服务器需要最小化延迟，最大化吞吐量，同时避免CPU的不必要开销。
（3）服务器的设计必须尽量简化并发策略的使用。
（4）集成新的或者改进的服务，例如改变信息格式或增加服务端缓存，应该尽量减少修改和维护已有代码的代价。例如对服务器客户端的改进不应该调整通用的事件分发机制。
（5）方便移植到不同的操作系统。
####3. 解决方案
我们将事件的同步分发器和提供事件服务的分配器整合在一起。另外，将针对特定应用、事件的分发和服务分配器和通用概念上的分发、分配模型解耦。对应用提供的每一项服务，我们使用一个单独的event handler处理该类事件。event handler向初始分配器(initiation dispatcher)注册，该分配器使用同步分发器(synchronous event demultiplexer)等待事件的发生。当时间发生时，同步分发器通知初始分配器回调event handler处理该事件。
####4. 结构
reactor模式主要组成部分包括操作系统管理的各种资源，如网络连接，文件读写，计时器，同步对象等。在日志服务器的例子中，我们使用句柄去识别终端套接字，从而使同步事件分发器可以等待多个事件的发生。日志服务器关注的时间类型主要包括连接事件和读事件，分别处理客户端的接入连接和日志信息录入。日志服务器为每个客户端维持了独立的连接，在服务端通过套接字句柄实现。
同步事件分发器设置了一系列的句柄等待事件的发生，在没有事件发生的时候是阻塞的，当有事件到来可以初始化时即返回。IO事件常用的事件分发器是select。select是一个在UNIX和WIN32下均可使用的事件分发系统。
初始分配器定义了注册、删除、分配事件句柄(event handler)对象的接口。当同步事件分发器检测到事件发生时，将通知初始分配器回调特定的事件句柄。常见的事件包括连接接受事件，数据输入输出事件，超时事件等。
一个事件句柄通过钩子方法（hook method）实例化了为特定服务事件抽象出的分配操作。实例化的事件句柄（concrete event handler）继承于抽象事件句柄（abstract event handler）。另外，实例化事件句柄实现了继承的事件分配钩子方法。服务端通过初始分配器注册实例化句柄处理某类事件。当事件到达时，初始分配器回调合适的实例化句柄的钩子方法。
在日志服务器中，如上文所述有两种实例化事件句柄：日志读写句柄（logging handler）和连接接受句柄（logging acceptor）。日志读写句柄用于接收和处理日志记录，连接接受句柄使用连接接受模式（Acceptor-Connecter pattern）创建、连接日志读写句柄以处理客户端传来的日志信息。下图中给出了reactor模式中各类结构的关系图。
####5. 流程图
reactor模式的运行流程图如下所示。
（1）服务端使用初始分配器注册实例化事件句柄，即告诉初始分配器，当某种特定类型事件发生时则回调该实例化句柄。
（2）初始分配器请求所有的事件句柄返回其句柄进行记录以便于辨识。
（3）当所有事件均注册之后，主程序调用handle_event()函数开始初始分配器的事件循环。初始分配器此时掌握了事件句柄以便随时**，同时联合同步事件分发器等待事件的到来。例如，我们可以使用select等待TCP的接入。
（4）当事件发生的时候，同步事件分发器通知初始分配器。
（5）初始分配器触发事件句柄钩子方法以处理事件。当事件发生时，初始分发器使用句柄**事件资源并分配合适的事件句柄的钩子方法，并使用方法内在的函数进行处理。