IO多路复用和Reactor模式
1. Reactor和Preactor模式
- Reactor用于同步IO，Preactor用于异步IO
- Reactor通常会和Connector模式一起使用，进一步解耦连接的建立与连接以后的逻辑
2. Reactor模式中的主要角色
2.1. Reactor
Reactor是IO事件的派发者。
2.2. Acceptor
Acceptor接受client连接，建立对应client的Handler，并向Reactor注册此Handler。
2.3. Handler
和一个client通讯的实体，按这样的过程实现业务的处理。一般在基本的Handler基础上还会有更进一步的层次划分， 用来抽象诸如decode，process和encoder这些过程。比如对Web Server而言，decode通常是HTTP请求的解析， process的过程会进一步涉及到Listner和Servlet的调用。业务逻辑的处理在Reactor模式里被分散的IO事件所打破， 所以Handler需要有适当的机制在所需的信息还不全（读到一半）的时候保存上下文，并在下一次IO事件到来的 时候（另一半可读了）能继续中断的处理。为了简化设计，Handler通常被设计成状态机，按GoF的state pattern来 实现。
3. 多线程下的Reactor
一个突然闪入脑海的问题：在单核的机器上，如果除了Reactor可能阻塞在等待IO事件中以外，Handler和Acceptor都是完全 非阻塞的，那用多线程来实现Reactor模式能获得性能提升吗？（貌似不能……）
3.1. 多线程化的目的
- 利用上多核的计算能力。
- 策略性地增减线程从而提升伸缩性。
- 要让Reactor能快速派发IO事件到Handler中。如果用单线程，Handler处理快慢直接影响队列中后续IO事件的派发速度。
- IO之外的处理交给其他线程，这样Reactor可以专心派发事件。
- 可以采用多Reactor的设计，因为：
- 如果负载高的话，单个Reactor可能会忙于IO，影响伸缩性。
- 其实多Reactor就是一种负载均衡的策略，从而不会让CPU在IO十分频繁的时候空闲下来。
- 线程划分为Reactor线程和Worker线程，前者处理IO并派发事件，后者来跑Handler做完IO后的Process处理。
Doug Lea的《Scalable IO in Java》中实例代码中，多线程版本的Handler还是在Reactor线程里运行，只有在读到 需要的数据了以后才会想Worker线程池里提交process的任务。个人对于这种有一个问题：如果不能一次读到全部需要 的数据，process过程该如何设计？ ( TODO:争取从Jetty中找到一些答案)
3.1.1. Worker线程
- 分担非IO的业务逻辑处理，减轻Reactor负担
- 用线程池来管理，以便做性能和伸缩性之间的微调和控制
- 通常需要的线程远远低于同时连接的client数量
- 任务之间的协调(TODO:需要更进一步的了解)
- Handoff
- Callback
- Queue
- Future
4. Java中的实现
Java中Reactor模式server的实现主要应用的两大块技术就是：
- Java5引入的concurrent包(传送门)
- ThreadPoolExecutor实现线程池
- Queue, Future等等机制的使用
- Java NIO(传送门)
- Channel
- Buffer
- Selector
4.1. 多Reactor线程的实现
- 静态创建 vs 动态创建
- 每个Reactor都有独立的Selector和对应的线程
- Reactor划分为main reactor和sub reactor
- main reactor监听连接请求并控制acceptor（单个main reactor？）
- sub reactors监听连接并分发IO事件到handler里
- Acceptor用某种机制来将accept后创建的handler分发到Reactor中
- Round-robin？
- 负载均衡？
4.2. 应用NIO其他Feature
- 单Reactor多Selector的模式：将不同的handlers绑定到不同的IO事件上
- 需要控制好同步
- 文件传送：应用OS提供的sendfile调用来直接将文件数据发送到网络连接中，省去了用户空间和内核空间的一次数据拷贝
- Direct Buffers：可以实现零拷贝的数据传送，但有创建和销毁的开销，适合长连接应用
- 参见NIO相关话题(传送门)