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一般來說,網絡應用系統服務器的實現,我們從設計模式的角度看,有兩種設計方案可供選擇:
Reactor服務器,或者Proactor服務器。無論是Reactor,或者Proactor, 都是基于事件驅動的架構設計(Event-driven architecture), 它們的核心是思想是:分離網絡事件的監視,驅動與事物本身的邏輯處理。我們能看到的是:對任何的網絡應用而言,其對網絡事件的監視,處理往往是大同小異的,是可以分離出來作為可復用組件而存在的。
對所有這些網絡應用,所不用的是對網絡請求的邏輯處理。不同于Proactor, 或者Reactor,一般的設計方法是:
 

而Proactor, 或者Reactor,設計的精髓是:


別看這一點小小的變化,這是所謂的Hollywood Principle: 'Don't call us, we'll call you'。這是Framework設計者慣用的設計技巧,依賴倒轉(The Dependency-Inversion Principle):
a. 高層模塊不應該依賴于低層模塊,應當依賴于抽象。
b. 抽象不應該依賴于細節,細節依賴于抽象。
言歸正傳,我們來具體談談Reatctor and Proactor.
一 、Reactor服務器實現。
在Reactor的實現可分為兩層:
a.Demultiplexing/Dispatching層:獨立于應用邏輯層,捕獲,分發網絡請求給具體的網絡請求處理器。
在這里注意的是,Demultiplexing和Dispatching是兩個不同的概念,Demultiplexing指的是網絡請求的偵聽,及其偵聽以后尋找適合的處理器。Dispatching指的是對處理器的回調。
b.應用邏輯層組件:主要處理與應用相關的事物處理。
其基本的結構圖為


其各個組成模塊的功能為:

--〉句柄: 調用操作系統API獲得,用于identify事件源,如:網絡連接,打開的文件。
--〉同步事件分離器:操作系統功能,通過API提供,典型的如: select調用,如windows平臺上的WaitForMultileObj
--〉事件處理器:這是Demultiplexing/Dispatching層定義的抽象借口,是Demultiplexing/Dispatching層與應用邏輯層之間的協議約定。應用邏輯層依賴于該抽象借口。
--〉具體事件處理器:事件處理器的具體實現,一般來說,由應用邏輯層組件實現。
--〉Reactor:提供接口給應用邏輯層,注冊或者反注冊事件處理器,運行應用的事件循環(反復調用同步事件分離器),驅動Demultiplexing/Dispatching層。

二 、Proactor服務器實現。
在Proactor的實現也分為兩層:
a.Demultiplexing/Dispatching層:獨立于應用邏輯層,捕獲,分發網絡請求給具體的網絡請求處理器,不同于Reactor的是,這一層的策略處理
基于異步操作,從實現的復雜度上,要復雜于Reactor。
b.應用邏輯層組件:主要處理與應用相關的事物處理。
Proactor基本的結構圖為


--〉句柄: 調用操作系統API獲得,用于identify事件源,如:網絡連接,打開的文件。與Reactor不同的是,由于Proactor操作是異步的,所以,與每一個異步IO操作項關聯的,有一個完成事件(Completion Event),當一個異步的IO操作執行完成后,一個操作系統的IO子系統會產生一個完成事件。
--〉異步操作:一個異步操作可以是一個服務請求的具體實現,如從連接的socket上讀入數據,或者寫入數據到本地磁盤。異步操作的發起執行,并不會由于慢速的IO而阻塞調用線程,調用線程在發起異步操作之后,可以去做別的事情。這是Proactor能增大服務器處理吞吐量的關鍵所在。我們付出的代價是,開發的復雜度要比Reactor。
--〉完成 事件處理器:Demultiplexing/Dispatching層定義的抽象借口。由應用邏輯層組件繼承來實現這些接口
函數。
--〉具體完成事件處理器:事件處理器的具體實現。
--〉異步操作處理器:由native的操作系統實現。當一個異步操作完成執行時,異步操作處理器會產生一個完成事件,然后把這個完成事件插入到完成事件隊列。
--〉完成事件隊列:用于保存異步操作完成事件的隊列。在windows平臺上,就是我們所說的完成端口。
--〉異步事件分離器: 操作系統功能,通過API提供。在windows平臺上,就是GetQueuedCompletionStatus()。異步事件分離器等待在完成事件隊列上,當有完成事件被插入到完成事件隊列,異步事件分離器會從完成事件隊列取出該完成事件,返回給調用者。
--〉Proactor:運行應用的事件循環(反復調用異步操作處理器),驅動Demultiplexing/Dispatching層。
--〉發起者:用于發起異步IO操作。
三 、選擇?是Reactor,還是Proactor。
在我們實現我們的服務器,是選擇Reactor,還是Proactor,個人認為需要考慮的因素是:
1)對于Reactor而言,好的地方是開發的復雜度小于Proactor,但缺點同樣明顯:
第一,基于Reactor實現的服務器可擴展性不如Proactor,這是由其本質決定的。在wiondows平臺上,無論是
Select,或者是WaitForMultiObj,其等待的最大handle數有一個最大的上限值(默認值是64)。
第二,基于Reactor實現的服務器服務請求處理的吞吐量不如Proactor好。特別是當對客戶端的請求處理需要更長的時間時,在Reactor的Demultiplexing/Dispatching層,由于Demultiplexing和Dispatching被順序化處理,這樣的話,很容易成為服務器性能的瓶頸。
2)對于Proactor,如果你需要一個高性能的,高吞吐量的,并發服務器,Proactor絕對是首選的解決方案,它的問題主要在開發的難度比較大。
不過,總的來說,我們可以看到,基于模式設計的Reactor和Proactor,都很好地把Application-Specific的處理邏輯從網絡,IO事件的Demultiplexing/Dispatching中分離出來,對應用程序而言,由于這樣的松耦合關系,我們的應用完全可以在Reactor和Proactor中自由切換,而不需要修改任何的代碼。、
四 、后記。
ACE Framework,對Reactor和Proactor設計模式給出了經典的實現。請參考:
http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/
個人覺得是很好的學習材料。

posted on 2007-06-10 20:19 愛上龍卷風 閱讀(1064) 評論(1)  編輯 收藏 引用

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# re: 網絡應用系統之服務器實現 2007-06-13 17:07 黃大仙
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