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

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

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

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）。