反應器（Reactor）和主動器（Proactor）

網路方面用的比較多的庫是libevent和boost.asio，兩者都是跨平臺的。其中libevent是基於Reactor實現的，而boost.asio是基於Proactor實現的。Reactor和Proactor模式的主要區別就是真正的操作（如讀/寫）是由誰來完成的，Reactor中需要應用程式自 ...

　　網路方面用的比較多的庫是libevent和boost.asio，兩者都是跨平臺的。其中libevent是基於Reactor實現的，而boost.asio是基於Proactor實現的。Reactor和Proactor模式的主要區別就是真正的操作（如讀/寫）是由誰來完成的，Reactor中需要應用程式自己讀取或者寫入數據，而在Proactor模式中，應用程式不需要進行實際的讀/寫過程，操作系統會讀取緩衝區或者寫入緩衝區到真正的IO設備，應用程式只需要從緩衝區讀取（操作系統已經幫我們讀好了）或者寫入（操作系統會幫我們寫入）即可。在Proactor模式中，用戶發起非同步操作之後就返回了，讓操作系統去處理請求，然後等著回調到完成事件函數中處理非同步操作的結果。

1. 反應器（Reactor）

　　Reactor一般是應用程式先註冊響應的事件處理器，然後啟動Reactor的事件迴圈，不斷的檢查是否有就緒的IO事件，當有就緒IO事件發生時，反應器的事件迴圈就會調用事先註冊好的事件處理器。下麵代碼是libevent的一個簡單應用代碼及就緒的IO事件發生時的堆棧圖，其中就緒IO事件可以使用網路調試助手，連接本機之後即可產生。

#include "stdafx.h"
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#ifndef WIN32
#include <netinet/in.h>
# ifdef _XOPEN_SOURCE_EXTENDED
#  include <arpa/inet.h>
# endif
#include <sys/socket.h>
#endif

#include <event2/bufferevent.h>
#include <event2/buffer.h>
#include <event2/listener.h>
#include <event2/util.h>
#include <event2/event.h>

static const char MESSAGE[] = "Hello, World!\n";

static const int PORT = 9995;

static void listener_cb(struct evconnlistener *, evutil_socket_t,
    struct sockaddr *, int socklen, void *);
static void conn_writecb(struct bufferevent *, void *);
static void conn_eventcb(struct bufferevent *, short, void *);
static void signal_cb(evutil_socket_t, short, void *);

int
main(int argc, char **argv)
{
    struct event_base *base;
    struct evconnlistener *listener;
    struct event *signal_event;

    struct sockaddr_in sin;
#ifdef WIN32
    WSADATA wsa_data;
    WSAStartup(0x0201, &wsa_data);
#endif

    base = event_base_new();
    if (!base) {
        fprintf(stderr, "Could not initialize libevent!\n");
        return 1;
    }

    memset(&sin, 0, sizeof(sin));
    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_port = htons(PORT);

    listener = evconnlistener_new_bind(base, listener_cb, (void *)base,
        LEV_OPT_REUSEABLE|LEV_OPT_CLOSE_ON_FREE, -1,
        (struct sockaddr*)&sin,
        sizeof(sin));

    if (!listener) {
        fprintf(stderr, "Could not create a listener!\n");
        return 1;
    }

    signal_event = evsignal_new(base, SIGINT, signal_cb, (void *)base);

    if (!signal_event || event_add(signal_event, NULL)<0) {
        fprintf(stderr, "Could not create/add a signal event!\n");
        return 1;
    }

    event_base_dispatch(base);

    evconnlistener_free(listener);
    event_free(signal_event);
    event_base_free(base);

    printf("done\n");
    return 0;
}

static void
listener_cb(struct evconnlistener *listener, evutil_socket_t fd,
    struct sockaddr *sa, int socklen, void *user_data)
{
    struct event_base *base = (event_base *)user_data;
    struct bufferevent *bev;

    bev = bufferevent_socket_new(base, fd, BEV_OPT_CLOSE_ON_FREE);
    if (!bev) {
        fprintf(stderr, "Error constructing bufferevent!");
        event_base_loopbreak(base);
        return;
    }
    bufferevent_setcb(bev, NULL, conn_writecb, conn_eventcb, NULL);
    bufferevent_enable(bev, EV_WRITE);
    bufferevent_disable(bev, EV_READ);

    bufferevent_write(bev, MESSAGE, strlen(MESSAGE));
}

static void
conn_writecb(struct bufferevent *bev, void *user_data)
{
    struct evbuffer *output = bufferevent_get_output(bev);
    if (evbuffer_get_length(output) == 0) {
        printf("flushed answer\n");
        bufferevent_free(bev);
    }
}

static void
conn_eventcb(struct bufferevent *bev, short events, void *user_data)
{
    if (events & BEV_EVENT_EOF) {
        printf("Connection closed.\n");
    } else if (events & BEV_EVENT_ERROR) {
        printf("Got an error on the connection: %s\n",
            strerror(errno));/*XXX win32*/
    }
    /* None of the other events can happen here, since we haven't enabled
     * timeouts */
    bufferevent_free(bev);
}

static void
signal_cb(evutil_socket_t sig, short events, void *user_data)
{
    struct event_base *base = (event_base *)user_data;
    struct timeval delay = { 2, 0 };

    printf("Caught an interrupt signal; exiting cleanly in two seconds.\n");

    event_base_loopexit(base, &delay);
}

　　有連接時的堆棧圖：

　　從堆棧圖中可以看出libevent只有一個線程在執行，都是從event_base_dispatch中逐漸回調的。反應器逆置了事件的處理流程，但是可以看出它不能同時支持大量客戶請求或者耗時過長的請求，因為它串列化了所有的事件處理流程。

2. 主動器（Proactor）

　　（1）Proactor需要調用者定義一個非同步執行的操作，例如，socket的非同步讀/寫；

　　（2）執行非同步操作，非同步事件處理器將非同步請求交給操作系統就返回了，讓操作系統去完成具體的操作，操作系統在完成操作之後，會將完成事件放入一個完成事件隊列。

　　（3）非同步事件分離器會檢測完成事件，若檢測到完成事件，則從完成隊列中取出完成事件，並通知應用程式註冊的完成事件處理函數去處理；

　　（4）完成事件處理函數處理非同步操作的結果。

　　下麵是一個基於boost::asio的非同步伺服器：

#include "stdafx.h"
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind/placeholders.hpp>
#include <boost/bind/bind.hpp>
#include <boost/system/error_code.hpp>
#include <boost/smart_ptr/enable_shared_from_this.hpp>

using namespace boost::asio;
namespace  
{  
    typedef boost::asio::io_service IoService;
    typedef boost::asio::ip::tcp TCP;

    std::string make_daytime_string()  
    {  
        using namespace std;  
        time_t now = std::time(NULL);  
        return ctime(&now);  
    }  

    class tcp_connection  
        : public boost::enable_shared_from_this<tcp_connection>  
    {  
    public:  
        typedef boost::shared_ptr<tcp_connection> pointer;  

        static pointer create(IoService& io_service)  
        {  
            return pointer(new tcp_connection(io_service));  
        }  

        TCP::socket& socket()  
        {  
            return socket_;  
        }  

        void start()  
        {  
            message_ = make_daytime_string();  

            boost::asio::async_write(  
                socket_,   
                boost::asio::buffer(message_),   
                boost::bind(&tcp_connection::handle_write,   
                shared_from_this(),   
                boost::asio::placeholders::error,   
                boost::asio::placeholders::bytes_transferred));  
        }  
    private:  
        tcp_connection(IoService& io_service)  
            : socket_(io_service)  
        {  
        }  

        void handle_write(const boost::system::error_code& /*error*/,  
            size_t /*bytes_transferred*/)  
        {  
            printf("write data!!!");  
        }  

        TCP::socket socket_;  
        std::string message_;  
    };  

    class tcp_server  
    {  
    public:  
        tcp_server(IoService& io_service)  
            : acceptor_(io_service, TCP::endpoint(TCP::v4(), 10000))  
        {  
            start_accept();  
        }  
    private:  
        void start_accept()  
        {  
            tcp_connection::pointer new_connection =  
                tcp_connection::create(acceptor_.get_io_service());  

            acceptor_.async_accept(  
                new_connection->socket(),   
                boost::bind(&tcp_server::handle_accept,   
                this,   
                new_connection,   
                boost::asio::placeholders::error));  
        }  

        void handle_accept(tcp_connection::pointer new_connection,  
            const boost::system::error_code& error)  
        {  
            if (!error)  
            {  
                new_connection->start();  
                start_accept();  
            }  
        }  

        TCP::acceptor acceptor_;  
    };  
}  

// tcp_connection與tcp_server封裝後  
void test_asio_asynserver()  
{  
    try  
    {  
        IoService io_service;  
        tcp_server server(io_service);  

        // 只有io_service類的run()方法運行之後回調對象才會被調用  
        io_service.run();  
    }  
    catch (std::exception& e)  
    {  
        std::cerr << e.what() << std::endl;  
    }  
}  

int main()
{
    test_asio_asynserver();
    return 0;
}

　　有連接時需要寫入數據，但是寫入數據並不是由用戶寫入的，而是把需要寫入的數據提交給了系統，由系統擇機寫入，堆棧如下：

　　總結兩者，可以看出Reactor採用的是同步IO，主動器採用的是非同步IO，同步和非同步之分可以參考文章（ IO - 同步，非同步，阻塞，非阻塞（亡羊補牢篇）），個人認為簡單來說，同步IO是發出了請求，不管阻塞還是非阻塞，都需要調用者主動去check調用的結果；而非同步IO是由被調用者通知調用者來處理結果。

　　參考資料：boost庫asio詳解8——幾個TCP的簡單例子