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：
- 非阻塞I/O：所有操作不阻塞线程
- 事件循环：持续监听事件源
- 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_; 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
- 初始化阶段
- 创建Reactor实例
- 注册多个EventHandler到Reactor
- 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();}
}
- 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
- 高并发网络服务器（Web服务器/游戏服务器）
- 实时通信系统
- 分布式系统中间件
- 需要处理大量长连接的场景
八、最佳实践建议
- 避免在事件处理中阻塞
长时间操作应移交线程池处理 - 合理设置缓冲区
使用环形缓冲区减少内存拷贝 - 连接管理
实现心跳机制检测断连 - 异常处理
统一处理EPOLLERR和EPOLLHUP事件 - 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）。
