libevent学习之七:Reactor模式
学习libevent有助于提升程序设计功力,除了网络程序设计方面外,libevent的代码里有很多有用的设计技巧和基础数据结构,比如信息隐藏、函数指针、c语言的多态支持、链表和堆等等,都有助于提升自身的程序功力。
程序设计不止要了解框架,很多细节之处恰恰也是事关整个系统成败的关键。只对libevent本身的框架大概了解,那或许仅仅是一知半解,不深入代码分析,就难以了解其设计的精巧之处,也就难以为自己所用。
事实上libevent本身就是一个典型的Reactor模型,理解Reactor模式是理解libevent的基石。因此本篇将介绍典型的事件驱动设计模式——Reactor模式,并列出libevnet中的几个重要组件和Reactor的对应关系。
1 Reactor的事件处理机制
首先来回想一下普通函数调用的机制:程序调用某函数?函数执行,程序等待?函数将结果和控制权返回给程序?程序继续处理。
Reactor释义“反应堆”,是一种事件驱动机制。和普通函数调用的不同之处在于:应用程序不是主动的调用某个API完成处理,而是恰恰相反,Reactor逆置了事件处理流程,应用程序需要提供相应的接口并注册到Reactor上,如果相应的事件发生,Reactor将主动调用应用程序注册的接口,这些接口又称为“回调函数”。使用libevent也就是向libevent框架注册相应的事件和回调函数;当这些事件发声时,libevent会调用这些回调函数处理相应的事件(I/O读写、定时和信号)。
用“好莱坞原则”来形容Reactor再合适不过了:不要打电话给我们,我们会打电话通知你。
举个例子:你去应聘某xx公司,面试结束后。
“普通函数调用机制”公司HR比较懒,不会记你的联系方式,那怎么办呢,你只能面试完后自己打电话去问结果;有没有被录取啊,还是被据了;
“Reactor”公司HR就记下了你的联系方式,结果出来后会主动打电话通知你:有没有被录取啊,还是被据了;你不用自己打电话去问结果,事实上也不能,你没有HR的留联系方式。
2 Reactor模式的优点
Reactor模式是编写高性能网络服务器的必备技术之一,它具有如下的优点:
1)响应快,不必为单个同步事件所阻塞,虽然Reactor本身依然是同步的;
2)编程相对简单,可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题,并且避免了多线程/进程的切换开销;
3)可扩展性,可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源;
由操作系统提供的I/O多路复用机制,比如select和epoll。程序首先将其关心的句柄(事件源)及其事件注册到event demultiplexer上;当有事件到达时,event demultiplexer会发出通知事件处理程序“在已经注册的句柄集中,一个或多个句柄的事件已经就绪”;程序收到通知后,就可以在非阻塞的情况下对事件进行处理了。
程序设计不止要了解框架,很多细节之处恰恰也是事关整个系统成败的关键。只对libevent本身的框架大概了解,那或许仅仅是一知半解,不深入代码分析,就难以了解其设计的精巧之处,也就难以为自己所用。
事实上libevent本身就是一个典型的Reactor模型,理解Reactor模式是理解libevent的基石。因此本篇将介绍典型的事件驱动设计模式——Reactor模式,并列出libevnet中的几个重要组件和Reactor的对应关系。
1 Reactor的事件处理机制
首先来回想一下普通函数调用的机制:程序调用某函数?函数执行,程序等待?函数将结果和控制权返回给程序?程序继续处理。
Reactor释义“反应堆”,是一种事件驱动机制。和普通函数调用的不同之处在于:应用程序不是主动的调用某个API完成处理,而是恰恰相反,Reactor逆置了事件处理流程,应用程序需要提供相应的接口并注册到Reactor上,如果相应的事件发生,Reactor将主动调用应用程序注册的接口,这些接口又称为“回调函数”。使用libevent也就是向libevent框架注册相应的事件和回调函数;当这些事件发声时,libevent会调用这些回调函数处理相应的事件(I/O读写、定时和信号)。
用“好莱坞原则”来形容Reactor再合适不过了:不要打电话给我们,我们会打电话通知你。
举个例子:你去应聘某xx公司,面试结束后。
“普通函数调用机制”公司HR比较懒,不会记你的联系方式,那怎么办呢,你只能面试完后自己打电话去问结果;有没有被录取啊,还是被据了;
“Reactor”公司HR就记下了你的联系方式,结果出来后会主动打电话通知你:有没有被录取啊,还是被据了;你不用自己打电话去问结果,事实上也不能,你没有HR的留联系方式。
2 Reactor模式的优点
Reactor模式是编写高性能网络服务器的必备技术之一,它具有如下的优点:
1)响应快,不必为单个同步事件所阻塞,虽然Reactor本身依然是同步的;
2)编程相对简单,可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题,并且避免了多线程/进程的切换开销;
3)可扩展性,可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源;
4)可复用性,reactor框架本身与具体事件处理逻辑无关,具有很高的复用性。
3 Reactor模式框架
使用Reactor模型,必备的几个组件:事件源、Reactor框架、多路复用机制和事件处理程序,先来看看Reactor模型的整体框架,接下来再对每个组件做逐一说明。
Linux上是文件描述符,Windows上就是Socket或者Handle了,这里统一称为“句柄集”;程序在指定的句柄上注册关心的事件,在libevent中有三种类型的事件:定时器事件(time event)、信号事件(signal event)和I/O事件。
2)event demultiplexer——事件多路分发机制由操作系统提供的I/O多路复用机制,比如select和epoll。程序首先将其关心的句柄(事件源)及其事件注册到event demultiplexer上;当有事件到达时,event demultiplexer会发出通知事件处理程序“在已经注册的句柄集中,一个或多个句柄的事件已经就绪”;程序收到通知后,就可以在非阻塞的情况下对事件进行处理了。
对应到libevent中,依然是select、poll、epoll等,但是libevent使用结构体eventop进行了封装,以统一的接口来支持这些I/O多路复用机制,达到了对外隐藏底层系统机制的目的
3)Reactor——反应器
Reactor,是事件管理的接口,内部使用event demultiplexer注册、注销事件;并运行事件循环,当有事件进入“就绪”状态时,调用注册事件的回调函数处理事件。对应到libevent中,就是event_base结构体。
事件处理程序提供了一组接口,每个接口对应了一种类型的事件,供Reactor在相应的事件发生时调用,执行相应的事件处理。通常它会绑定一个有效的句柄。对应到libevent中,就是event结构体。
4 Reactor事件处理流程