libevent學(xué)習(xí)之七：Reactor模式

學(xué)習(xí)libevent有助于提升程序設(shè)計(jì)功力，除了網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)方面外，libevent的代碼里有很多有用的設(shè)計(jì)技巧和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如信息隱藏、函數(shù)指針、c語(yǔ)言的多態(tài)支持、鏈表和堆等等，都有助于提升自身的程序功力。
? ? ? ?程序設(shè)計(jì)不止要了解框架，很多細(xì)節(jié)之處恰恰也是事關(guān)整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。只對(duì)libevent本身的框架大概了解，那或許僅僅是一知半解，不深入代碼分析，就難以了解其設(shè)計(jì)的精巧之處，也就難以為自己所用。
? ? ? ?事實(shí)上libevent本身就是一個(gè)典型的Reactor模型，理解Reactor模式是理解libevent的基石。因此本篇將介紹典型的事件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)模式——Reactor模式，并列出libevnet中的幾個(gè)重要組件和Reactor的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
1 Reactor的事件處理機(jī)制
? ? ? ?首先來(lái)回想一下普通函數(shù)調(diào)用的機(jī)制：程序調(diào)用某函數(shù)?函數(shù)執(zhí)行，程序等待?函數(shù)將結(jié)果和控制權(quán)返回給程序?程序繼續(xù)處理。
? ? ? ?Reactor釋義“反應(yīng)堆”，是一種事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制。和普通函數(shù)調(diào)用的不同之處在于：應(yīng)用程序不是主動(dòng)的調(diào)用某個(gè)API完成處理，而是恰恰相反，Reactor逆置了事件處理流程，應(yīng)用程序需要提供相應(yīng)的接口并注冊(cè)到Reactor上，如果相應(yīng)的事件發(fā)生，Reactor將主動(dòng)調(diào)用應(yīng)用程序注冊(cè)的接口，這些接口又稱(chēng)為“回調(diào)函數(shù)”。使用libevent也就是向libevent框架注冊(cè)相應(yīng)的事件和回調(diào)函數(shù)；當(dāng)這些事件發(fā)聲時(shí)，libevent會(huì)調(diào)用這些回調(diào)函數(shù)處理相應(yīng)的事件（I/O讀寫(xiě)、定時(shí)和信號(hào)）。
? ? ? ?用“好萊塢原則”來(lái)形容Reactor再合適不過(guò)了：不要打電話給我們，我們會(huì)打電話通知你。
舉個(gè)例子：你去應(yīng)聘某xx公司，面試結(jié)束后。
? ? ? ?“普通函數(shù)調(diào)用機(jī)制”公司HR比較懶，不會(huì)記你的聯(lián)系方式，那怎么辦呢，你只能面試完后自己打電話去問(wèn)結(jié)果；有沒(méi)有被錄取啊，還是被據(jù)了；
? ? ? ?“Reactor”公司HR就記下了你的聯(lián)系方式，結(jié)果出來(lái)后會(huì)主動(dòng)打電話通知你：有沒(méi)有被錄取啊，還是被據(jù)了；你不用自己打電話去問(wèn)結(jié)果，事實(shí)上也不能，你沒(méi)有HR的留聯(lián)系方式。
2 Reactor模式的優(yōu)點(diǎn)
? ? ? ? Reactor模式是編寫(xiě)高性能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的必備技術(shù)之一，它具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
1）響應(yīng)快，不必為單個(gè)同步事件所阻塞，雖然Reactor本身依然是同步的；
2）編程相對(duì)簡(jiǎn)單，可以最大程度的避免復(fù)雜的多線程及同步問(wèn)題，并且避免了多線程/進(jìn)程的切換開(kāi)銷(xiāo)；
3）可擴(kuò)展性，可以方便的通過(guò)增加Reactor實(shí)例個(gè)數(shù)來(lái)充分利用CPU資源；

4）可復(fù)用性，reactor框架本身與具體事件處理邏輯無(wú)關(guān)，具有很高的復(fù)用性。

3 Reactor模式框架

? ? ? ?使用Reactor模型，必備的幾個(gè)組件：事件源、Reactor框架、多路復(fù)用機(jī)制和事件處理程序，先來(lái)看看Reactor模型的整體框架，接下來(lái)再對(duì)每個(gè)組件做逐一說(shuō)明。

1）handle——事件源

Linux上是文件描述符，Windows上就是Socket或者Handle了，這里統(tǒng)一稱(chēng)為“句柄集”；程序在指定的句柄上注冊(cè)關(guān)心的事件，在libevent中有三種類(lèi)型的事件：定時(shí)器事件(time event)、信號(hào)事件(signal event)和I/O事件。

2）event demultiplexer——事件多路分發(fā)機(jī)制
由操作系統(tǒng)提供的I/O多路復(fù)用機(jī)制，比如select和epoll。程序首先將其關(guān)心的句柄（事件源）及其事件注冊(cè)到event demultiplexer上；當(dāng)有事件到達(dá)時(shí)，event demultiplexer會(huì)發(fā)出通知事件處理程序“在已經(jīng)注冊(cè)的句柄集中，一個(gè)或多個(gè)句柄的事件已經(jīng)就緒”；程序收到通知后，就可以在非阻塞的情況下對(duì)事件進(jìn)行處理了。

對(duì)應(yīng)到libevent中，依然是select、poll、epoll等，但是libevent使用結(jié)構(gòu)體eventop進(jìn)行了封裝，以統(tǒng)一的接口來(lái)支持這些I/O多路復(fù)用機(jī)制，達(dá)到了對(duì)外隱藏底層系統(tǒng)機(jī)制的目的

3）Reactor——反應(yīng)器
Reactor，是事件管理的接口，內(nèi)部使用event demultiplexer注冊(cè)、注銷(xiāo)事件；并運(yùn)行事件循環(huán)，當(dāng)有事件進(jìn)入“就緒”狀態(tài)時(shí)，調(diào)用注冊(cè)事件的回調(diào)函數(shù)處理事件。對(duì)應(yīng)到libevent中，就是event_base結(jié)構(gòu)體。

4）Event Handler——事件處理程序

事件處理程序提供了一組接口，每個(gè)接口對(duì)應(yīng)了一種類(lèi)型的事件，供Reactor在相應(yīng)的事件發(fā)生時(shí)調(diào)用，執(zhí)行相應(yīng)的事件處理。通常它會(huì)綁定一個(gè)有效的句柄。對(duì)應(yīng)到libevent中，就是event結(jié)構(gòu)體。

4 Reactor事件處理流程