Reactor模型详解与C++实现

Reactor模型详解与C++实现

一、Reactor模型核心思想

Reactor模式是一种事件驱动的并发处理模型，核心通过同步I/O多路复用实现对多个I/O源的监听，当有事件触发时，派发给对应处理器进行非阻塞处理。

关键特征：

1. 非阻塞I/O：所有操作不阻塞线程
2. 事件循环：持续监听事件源
3. 回调机制：事件触发后调用注册的处理函数

二、核心组件

组件	职责描述
Event Demultiplexer	使用epoll/select/kqueue监听多个文件描述符
Event Handler	定义事件处理接口（读/写/异常）
Reactor	核心调度器，注册/移除事件处理器，运行事件循环

三、C++实现架构

1. Reactor类框架代码

class Reactor {
public:void register_handler(EventHandler* handler, EventType et);void remove_handler(EventHandler* handler);void handle_events(timeval* timeout = nullptr);private:EventDemultiplexer demux_;  // 实际使用epoll实现std::map<Handle, EventHandler*> handlers_;
};

2. 事件处理器接口

class EventHandler {
public:virtual void handle_read() = 0;virtual void handle_write() = 0;virtual Handle get_handle() const = 0;
};

3. 事件多路分解实现（以epoll为例）

class EpollDemultiplexer {
public:void add_event(Handle h, EventType et) {epoll_event ev;ev.events = et;ev.data.fd = h;epoll_ctl(epoll_fd_, EPOLL_CTL_ADD, h, &ev);}int wait(epoll_event* events, int max_events, int timeout) {return epoll_wait(epoll_fd_, events, max_events, timeout);}
};

四、工作流程

1. 初始化阶段
   • 创建Reactor实例
   • 注册多个EventHandler到Reactor
2. 事件循环

while (running) {int num_events = demux_.wait(events, MAX_EVENTS, timeout);for (int i = 0; i < num_events; ++i) {EventHandler* handler = find_handler(events[i].data.fd);if (events[i].events & EPOLLIN) handler->handle_read();if (events[i].events & EPOLLOUT)handler->handle_write();}
}

1. 事件处理示例（TCP连接）

class TcpConnection : public EventHandler {
public:void handle_read() override {char buf[1024];ssize_t n = read(socket_fd_, buf, sizeof(buf));if (n > 0) {process_data(buf, n);}}
};

五、高级扩展模式

1. 多线程Reactor

模式	描述
Single Reactor Thread	所有操作在单线程完成
Reactor + ThreadPool	主线程处理I/O，工作线程处理业务逻辑
Multiple Reactors	Main Reactor处理连接，Sub Reactors处理已连接套接字（Nginx风格）

2. 性能优化要点

• 使用边缘触发(EPOLLET)模式
• 采用对象池避免频繁内存分配
• 实现零拷贝数据传递
• 设置合理的线程池大小

六、与Proactor模式对比

特性	Reactor	Proactor
I/O操作方式	非阻塞	异步
完成通知	可读写时通知	操作完成时通知
实现复杂度	较低	较高
典型实现	libevent, libuv	IOCP(Windows)

七、典型应用场景

1. 高并发网络服务器（Web服务器/游戏服务器）
2. 实时通信系统
3. 分布式系统中间件
4. 需要处理大量长连接的场景

八、最佳实践建议

1. 避免在事件处理中阻塞
   长时间操作应移交线程池处理
2. 合理设置缓冲区
   使用环形缓冲区减少内存拷贝
3. 连接管理
   实现心跳机制检测断连
4. 异常处理
   统一处理EPOLLERR和EPOLLHUP事件
5. 性能监控
   添加事件处理耗时统计

注：实际项目中推荐使用成熟网络库（如Boost.Asio、muduo）。