反應(yīng)器設(shè)計(jì)模式（Reator pattern）是一種基于事件驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模式，常用于高并發(fā)場(chǎng)景下，常見的像Node.js、Netty、Vert.x中都有著Reactor模式的身影。本文對(duì)Reactor模式作了簡要介紹，結(jié)合對(duì)比Node.js線程模型進(jìn)行分析。

單線程Reactor模式

Reactor模式是一種事件處理模式，單個(gè)或多個(gè)事件并發(fā)地投遞到事件處理服務(wù)，事件處理服務(wù)將事件進(jìn)行分離，同步的將他們分發(fā)到對(duì)應(yīng)的事件處理器中。

模式結(jié)構(gòu)

下圖是一張示意圖，結(jié)合了維基百科的定義：

• Handle：句柄，是對(duì)資源在操作系統(tǒng)層面的抽象（unix中的fd），可供系統(tǒng)輸入或輸出的資源。在網(wǎng)絡(luò)編程中，一般指的是一個(gè)連接，如socket，Java NIO中的Channel
• Demultiplexer：同步事件分離器，通常使用EventLoop來進(jìn)行資源的阻塞等待，當(dāng)一個(gè)資源處于就緒狀態(tài)的時(shí)候，會(huì)被輪詢出來傳遞給分發(fā)器
• Dispatcher：分發(fā)器，用來注冊(cè)、移除EventHandler，將資源分配到對(duì)應(yīng)的處理器中同步執(zhí)行
• EventHandler：事件處理器，處理對(duì)應(yīng)的事件，一般由分發(fā)器進(jìn)行回調(diào)。

交互過程

• 初始化Dispatcher
• 注冊(cè)EventHandler到Dispatcher，每個(gè)事件處理器包含對(duì)應(yīng)Handle的引用，這樣就可以建立Handle到EventHandler的映射
• 啟動(dòng)EventLoop，阻塞等待資源的某個(gè)事件發(fā)生
• 當(dāng)某些Handle的事件發(fā)生后，資源變?yōu)榫途w狀態(tài)，會(huì)被傳遞給Dispatcher，分發(fā)器通過開始注冊(cè)的資源映射關(guān)系，調(diào)用對(duì)應(yīng)的EventHandler方法。

這就是最簡單的Reactor模式，它其實(shí)也是I/O多路復(fù)用的一種具現(xiàn)，用戶不需要考慮并發(fā)的問題，直接交給了事件處理器進(jìn)行，同時(shí)也減少了高并發(fā)情況下多線程對(duì)系統(tǒng)資源的消耗。

在一些小容量的場(chǎng)景下，單線程的模式可以使用，但在高負(fù)載、大并發(fā)的場(chǎng)景下卻不適用，主要在于一個(gè)NIO線程無法支撐同時(shí)處理成百上千的鏈路處理，在編解碼消息時(shí)，由于無法及時(shí)處理會(huì)造成消息堆積，進(jìn)而形成請(qǐng)求超時(shí)等問題，而且單個(gè)線程也不利于程序的穩(wěn)定性，一旦線程崩了，整個(gè)程序就崩掉了。所以在實(shí)際應(yīng)用中大部分都是多線程的Reactor模式。

Node.js線程模型

Node.js是一個(gè)采用事件驅(qū)動(dòng)和異步非阻塞I/O，實(shí)現(xiàn)的單線程、高并發(fā)的JavaScript運(yùn)行環(huán)境，使用它可以編寫性能良好的web服務(wù)端。筆者在學(xué)習(xí)Vert.x的時(shí)候發(fā)現(xiàn)它與Node.js的線程模型很類似，它并不是嚴(yán)格意義上的Reactor模式，這里用來與單線程的Reactor模式作對(duì)比，加深理解。

眾所周知，I/O操作絕大部分都十分耗時(shí)，傳統(tǒng)的方法是使用多線程來解決I/O耗時(shí)阻塞的問題，多路復(fù)用也可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的功能，那么單線程的IO是如何處理I/O的并發(fā)請(qǐng)求呢？

Node.js并不是單純的單線程，它用主線程處理所有請(qǐng)求，然后對(duì)I/O操作進(jìn)行異步處理，交給其他線程去執(zhí)行，避免了頻繁創(chuàng)建、銷毀和上下文切換帶來的系統(tǒng)開銷。下面來看Node.js的工作原理。

工作原理

從左到右，從上到下，Node.js 被分為了四層，分別是 應(yīng)用層、V8引擎層、Node API層 和 LIBUV層。

• 應(yīng)用層： 即 JavaScript 交互層，常見的就是 Node.js 的模塊，比如 http，fs
• V8引擎層： 即利用 V8 引擎來解析JavaScript 語法，進(jìn)而和下層 API 交互
• NodeAPI層： 為上層模塊提供系統(tǒng)調(diào)用，一般是由 C 語言來實(shí)現(xiàn)，和操作系統(tǒng)進(jìn)行交互
• LIBUV層： 是跨平臺(tái)的底層封裝，實(shí)現(xiàn)了 事件循環(huán)、文件操作等，是 Node.js 實(shí)現(xiàn)異步的核心

Node.js在主線程維護(hù)了一個(gè)事件隊(duì)列，接收到請(qǐng)求后，就將該請(qǐng)求作為一個(gè)事件放入Event Queue中，然后繼續(xù)接受其他請(qǐng)求，當(dāng)主線程空閑（沒有請(qǐng)求接收） 的時(shí)候，就開始輪詢事件隊(duì)列。這里要分兩種情況：

• 普通任務(wù)，就由主線程親自執(zhí)行，并通過回調(diào)函數(shù)返回給上層調(diào)用
• I/O任務(wù)，就從線程池中拿出一個(gè)線程處理這個(gè)事件，指定回調(diào)函數(shù)，繼續(xù)輪詢事件隊(duì)列中的其他事件。當(dāng)線程中的I/O任務(wù)完成以后，執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，并把這個(gè)完成的事件放在事件隊(duì)列的尾部，等待事件循環(huán)，當(dāng)主線程再次循環(huán)到該完成事件時(shí)，再返回給上層調(diào)用。

Node.js的單線程并非整個(gè)環(huán)境都運(yùn)行在單線程中，而是對(duì)JavaScript層面的任務(wù)處理是單線程的。

像Node.js這種解決方案：將耗時(shí)少的短任務(wù)交給主線程來處理，將I/O操作或者一些CPU密集型任務(wù)交給其他線程來執(zhí)行，這樣不會(huì)阻塞EventLoop正常進(jìn)行事件的循環(huán)，是比較通用的解決方案。例如在Vert.x中，對(duì)于普通的verticle，會(huì)運(yùn)行在EventLoop線程中，對(duì)于耗時(shí)長的任務(wù)則放在Worker Pool中的線程上運(yùn)行。

多線程下的Reactor模式與Node.js這種解決方案很類似，一個(gè)線程負(fù)責(zé)鏈路的監(jiān)聽、建立，然后將I/O交給其它子線程來完成。后文會(huì)有介紹。