Reactor和Proactor模式

在高性能的I/O设计中,有两个比较著名的模式Reactor和Proactor模式,其中Reactor模式用于同步I/O,而Proactor运用于异步I/O操作。
同步和异步
同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的,同步指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪,而异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情,而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知。
阻塞和非阻塞
阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待,而非阻塞方式下,读取或者写入函数会立即返回一个状态值。

I/O模型可以分为:同步阻塞,同步非阻塞,异步阻塞,异步非阻塞IO
1.同步阻塞
用户进程在发起一个IO操作以后,必须等待IO操作的完成,只有当真正完成了IO操作以后,用户进程才能运行。JAVA传统的IO模型属于此种方式!

2.同步非阻塞
用户进程发起一个IO操作以后边可返回做其它事情,但是用户进程需要时不时的询问IO操作是否就绪,这就要求用户进程不停的去询问,从而引入不必要的CPU资源浪费。其中目前JAVA的NIO就属于同步非阻塞IO。

3.异步阻塞
此种方式下是指应用发起一个IO操作以后,不等待内核IO操作的完成,等内核完成IO操作以后会通知应用程序,这其实就是同步和异步最关键的区别,同步必须等待或者主动的去询问IO是否完成,那么为什么说是阻塞的呢?因为此时是通过select系统调用来完成的,而select函数本身的实现方式是阻塞的,而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄,从而提高系统的并发性!

4.异步非阻塞
用户进程只需要发起一个IO操作然后立即返回,等IO操作真正的完成以后,应用程序会得到IO操作完成的通知,此时用户进程只需要对数据进行处理就好了,不需要进行实际的IO读写操作,因为真正的IO读取或者写入操作已经由内核完成了。目前Java中还没有支持此种IO模型。

综上所述,同步和异步是相对于应用和内核的交互方式而言的,同步 需要主动去询问,而异步的时候内核在IO事件发生的时候通知应用程序,而阻塞和非阻塞仅仅是系统在调用系统调用的时候函数的实现方式而已。

Reactor模式
很多地方叫反应器模式,并发系统常使用reactor模式,代替常用的多线程的处理方式,节省系统的资源,提高系统的吞吐量。
例如:在高并发的情况下
多线程的处理:为每个单独到来的请求,专门启动一条线程,这样的话造成系统的开销很大,并且在单核的机上,多线程并不能提高系统的性能,除非在有一些阻塞的情况发生。否则线程切换的开销会使处理的速度变慢。
Reactor模式的处理:服务器端启动一条单线程,用于轮询IO操作是否就绪,当有就绪的才进行相应的读写操作,这样的话就减少了服务器产生大量的线程,也不会出现线程之间的切换产生的性能消耗。(目前JAVA的NIO就采用的此种模式,这里引申出一个问题:在多核情况下NIO的扩展问题)

以上两种处理方式都是基于同步的,多线程的处理是我们传统模式下对高并发的处理方式,Reactor模式的处理是现今面对高并发和高性能一种主流的处理方式。

Proactor模式
运用于异步I/O操作,Proactor模式中,应用程序不需要进行实际的读写过程,它只需要从缓存区读取或者写入即可,操作系统会读取缓存区或者写入缓存区到真正的IO设备.