Java 中的反应器模式：掌握非阻塞事件驱动架构

约 5 分钟

也称为

调度器
通知器

反应器设计模式的意图

反应器模式旨在使用一个或少量线程高效地处理并发服务请求，使其成为异步事件驱动系统的基石。

反应器模式的详细解释以及现实世界中的例子

现实世界中的例子

这种设计模式类似于繁忙厨房中的主厨，展示了它在处理高可扩展性需求和维护多线程环境中高效的任务分配的能力。与每个厨师一次处理一个订单不同，有一个主厨充当调度器。主厨接收所有订单并决定哪个厨师处理每个订单的哪个部分，确保所有厨师得到有效利用。这样，厨房可以同时处理多个订单，确保菜肴快速高效地准备，而不会让任何一个厨师成为瓶颈。这种设置类似于反应器模式，其中主厨将任务（事件）分派给不同的厨师（事件处理程序）以并发处理多个任务。

通俗地说

反应器模式通过使用一个或少量线程将多个并发服务请求分派给相应的事件处理程序，从而高效地处理这些请求。

维基百科说

反应器软件设计模式是一种事件处理策略，可以并发响应许多潜在的服务请求。该模式的关键组件是一个事件循环，它在一个线程或进程中运行，对传入请求进行多路分解并将它们分派给正确的请求处理程序。

Java 中反应器模式的编程示例

反应器设计模式是一种并发模型，它使用一个或少量线程高效地处理多个同时发生的 I/O 操作。它在应用程序需要处理多个客户端并发发送服务请求的场景中特别有用。

在给定代码中，反应器模式是使用 Java 的 NIO（非阻塞 I/O）框架实现的。代码中该模式的关键组件是

反应器：这是事件循环，它对传入请求进行多路分解并将它们分派给相应的处理程序。在我们的示例中，NioReactor 是反应器。
调度器：它负责管理由事件触发的任务的执行。在我们的示例中，Dispatcher 是调度器，ThreadPoolDispatcher 是它的具体实现。
句柄：这些是由反应器管理的资源。它们与特定事件相关联，并由反应器用于识别应将事件分派到的事件处理程序。在我们的示例中，AbstractNioChannel 代表一个句柄。
事件处理程序：它们与特定句柄相关联，负责处理发生在这些句柄上的事件。在我们的示例中，ChannelHandler 是一个事件处理程序，LoggingHandler 是它的具体实现。
同步事件多路分解器：这是一个系统级组件（代码中未显示），它提供一个阻塞调用来等待发生在任何句柄上的事件。在我们的示例中，这是 Java NIO 框架的一部分。
具体事件处理程序：这些是事件处理程序的特定于应用程序的实现。在我们的示例中，LoggingHandler 是一个具体事件处理程序。
启动调度器：这是一个组件，它初始化事件处理程序和句柄之间的关联。在我们的示例中，这是由 NioReactor 类中的 registerChannel 方法完成的。

第 1 部分：创建调度器

我们示例的第一部分涉及创建一个调度器。调度器负责管理由事件触发的任务的执行。

// Create a dispatcher
Dispatcher dispatcher = new ThreadPoolDispatcher(2);

在此代码片段中，我们正在创建一个使用 2 个线程的 ThreadPoolDispatcher。此调度器将使用线程池来执行任务。

第 2 部分：创建反应器

接下来，我们使用调度器创建一个反应器。反应器是反应器模式的核心组件。它在一个事件循环中等待注册到它的多个通道上的事件，并将它们分派给相应的处理程序。

// Create a reactor with the dispatcher
NioReactor reactor = new NioReactor(dispatcher);

在这里，我们正在创建一个 NioReactor 并将我们之前创建的调度器传递给它的构造函数。

第 3 部分：创建处理程序

现在，我们创建一个处理程序来处理事件。处理程序负责处理发生在通道上的事件。

// Create a handler for handling events
ChannelHandler loggingHandler = new LoggingHandler();

在此代码片段中，我们正在创建一个 LoggingHandler。此处理程序将记录发生在通道上的事件。

第 4 部分：将通道注册到反应器

接下来，我们将通道注册到反应器。这些通道是反应器将处理的事件的来源。

// Register channels with the reactor
reactor.registerChannel(new NioServerSocketChannel(16666, loggingHandler));
reactor.registerChannel(new NioDatagramChannel(16668, loggingHandler));

在这里，我们正在将 NioServerSocketChannel 和 NioDatagramChannel 注册到反应器。这些通道与我们之前创建的 LoggingHandler 相关联。

第 5 部分：启动反应器

最后，我们启动反应器。启动后，反应器将开始监听注册的通道上的事件。

// Start the reactor
reactor.start();

在此代码片段中，我们正在启动反应器。从现在开始，反应器将开始处理来自注册通道的事件。

第 6 部分：创建 App 类

App 类是应用程序的入口点。它创建反应器，注册通道并启动反应器。

public class App {

    public static void main(String[] args) {
        // Create a dispatcher
        Dispatcher dispatcher = new ThreadPoolDispatcher(2);

        // Create a reactor with the dispatcher
        NioReactor reactor = new NioReactor(dispatcher);

        // Create a handler for handling events
        ChannelHandler loggingHandler = new LoggingHandler();

        // Register channels with the reactor
        reactor.registerChannel(new NioServerSocketChannel(16666, loggingHandler));
        reactor.registerChannel(new NioDatagramChannel(16668, loggingHandler));

        // Start the reactor
        reactor.start();
    }
}

在此代码片段中，我们正在创建一个 App 类的实例。在 main 方法中，我们遵循与之前相同的步骤：创建调度器，使用调度器创建反应器，创建处理程序，将通道注册到反应器，最后启动反应器。

此 App 类演示了应用程序如何与反应器交互。它设置必要的组件（调度器、反应器、处理程序、通道）并启动反应器。反应器启动后，它将使用指定的处理程序处理来自注册通道的事件。

运行代码会产生以下输出

09:50:08.317 [main] INFO com.iluwatar.reactor.framework.NioServerSocketChannel -- Bound TCP socket at port: 16666
09:50:08.320 [main] INFO com.iluwatar.reactor.framework.NioServerSocketChannel -- Bound TCP socket at port: 16667
09:50:08.323 [main] INFO com.iluwatar.reactor.framework.NioDatagramChannel -- Bound UDP socket at port: 16668
09:50:08.324 [main] INFO com.iluwatar.reactor.framework.NioDatagramChannel -- Bound UDP socket at port: 16669
09:50:08.324 [pool-2-thread-1] INFO com.iluwatar.reactor.framework.NioReactor -- Reactor started, waiting for events...

这总结了我们对反应器设计模式的详细解释。反应器模式允许我们使用一个或少量线程高效地处理多个同时发生的 I/O 操作。