ACE反應器(Reactor)模式的深入分析
反應器(Reactor):用于事件多路分離和分派的體系結構模式
通常的,對一個文件描述符指定的文件或設備, 有兩種工作方式: 阻塞與非阻塞。所謂阻塞方式的意思是指, 當試圖對該文件描述符進行讀寫時, 如果當時沒有東西可讀,或者暫時不可寫, 程序就進入等待狀態(tài), 直到有東西可讀或者可寫為止。而對于非阻塞狀態(tài), 如果沒有東西可讀, 或者不可寫, 讀寫函數馬上返回, 而不會等待。
在前面的章節(jié)中提到的Tcp通信的例子中,就是采用的阻塞式的工作方式:當接收tcp數據時,如果遠端沒有數據可以讀,則會一直阻塞到讀到需要的數據為止。這種方式的傳輸和傳統(tǒng)的被動方法的調用類似,非常直觀,并且簡單有效,但是同樣也存在一個效率問題,如果你是開發(fā)一個面對著數千個連接的服務器程序,對每一個客戶端都采用阻塞的方式通信,如果存在某個非常耗時的讀寫操作時,其它的客戶端通信將無法響應,效率非常低下。
一種常用做法是:每建立一個Socket連接時,同時創(chuàng)建一個新線程對該Socket進行單獨通信(采用阻塞的方式通信)。這種方式具有很高的響應速度,并且控制起來也很簡單,在連接數較少的時候非常有效,但是如果對每一個連接都產生一個線程的無疑是對系統(tǒng)資源的一種浪費,如果連接數較多將會出現(xiàn)資源不足的情況。
另一種較高效的做法是:服務器端保存一個Socket連接列表,然后對這個列表進行輪詢,如果發(fā)現(xiàn)某個Socket端口上有數據可讀時(讀就緒),則調用該socket連接的相應讀操作;如果發(fā)現(xiàn)某個Socket端口上有數據可寫時(寫就緒),則調用該socket連接的相應寫操作;如果某個端口的Socket連接已經中斷,則調用相應的析構方法關閉該端口。這樣能充分利用服務器資源,效率得到了很大提高。
在Socket編程中就可以通過select等相關API實現(xiàn)這一方式。但直接用這些API控制起來比較麻煩,并且也難以控制和移植,在ACE中可以通過Reactor模式簡化這一開發(fā)過程。
反應器本質上提供一組更高級的編程抽象,簡化了事件驅動的分布式應用的設計和實現(xiàn)。除此而外,反應器還將若干不同種類的事件的多路分離集成到易于使用的API中。特別地,反應器對基于定時器的事件、信號事件、基于I/O端口監(jiān)控的事件和用戶定義的通知進行統(tǒng)一地處理。
ACE中的反應器與若干內部和外部組件協(xié)同工作。其基本概念是反應器框架檢測事件的發(fā)生(通過在OS事件多路分離接口上進行偵聽),并發(fā)出對預登記事件處理器(event handler)對象中的方法的"回調"(callback)。該方法由應用開發(fā)者實現(xiàn),其中含有應用處理此事件的特定代碼。
使用ACE的反應器,只需如下幾步:
創(chuàng)建事件處理器,以處理他所感興趣的某事件。
在反應器上登記,通知說他有興趣處理某事件,同時傳遞他想要用以處理此事件的事件處理器的指針給反應器。
隨后反應器框架將自動地:
在內部維護一些表,將不同的事件類型與事件處理器對象關聯(lián)起來。
在用戶已登記的某個事件發(fā)生時,反應器發(fā)出對處理器中相應方法的回調。
反應器模式在ACE中被實現(xiàn)為ACE_Reactor類,它提供反應器框架的功能接口。
如上面所提到的,反應器將事件處理器對象作為服務提供者使用。反應器內部記錄某個事件處理器的特定事件的相關回調方法。當這些事件發(fā)生時,反應器會創(chuàng)建這種事件和相應的事件處理器的關聯(lián)。
事件處理器
事件處理器就是需要通過輪詢發(fā)生事件改變的對象列表中的對象,如在上面的例子中就是連接的客戶端,每個客戶端都可以看成一個事件處理器。
回調事件
就是反應器支持的事件,如Socket讀就緒,寫就緒。拿上面的例子來說,如果某個客戶端(事件處理器)在反應器中注冊了讀就緒事件,當客戶端給服務器發(fā)送一條消息的時候,就會觸發(fā)這個客戶端的數據可讀的回調函數。
在反應器框架中,所有應用特有的事件處理器都必須由ACE_Event_Handler的抽象接口類派生??梢酝ㄟ^重載相應的"handle_"方法實現(xiàn)相關的回調方法。
使用ACE_Reactor基本上有三個步驟:
創(chuàng)建ACE_Event_Handler的子類,并在其中實現(xiàn)適當的"handle_"方法,以處理你想要此事件處理器為之服務的事件類型。
通過調用反應器對象的register_handler(),將你的事件處理器登記到反應器。
在事件發(fā)生時,反應器將自動回調相應的事件處理器對象的適當的handle_"方法。
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