Reactor模型
Reactor模型是网络服务器端用来处理高并发网络 IO 请求的一种编程模型。
处理三类事件
- 连接事件：客户端→服务器的连接请求，对应服务端的连接事件
- 写事件：客户端→服务器的读请求，服务端处理后要写回客户端，对应服务端的写事件
- 读事件：服务端要从客户端读取请求内容，对应服务端的读事件
三个关键角色
- acceptor：处理连接事件，接收连接、创建 handler
- handler：处理读写事件
- reactor：专门监听和分配事件，连接请求 → acceptor、读写请求 → handler
事件驱动框架
所谓的事件驱动框架，就是在实现 Reactor 模型时，需要实现的代码整体控制逻辑。简单来说，事件驱动框架包括了两部分：
- 一是事件初始化；
- 二是事件捕获、分发和处理主循环。
事件初始化是在服务器程序启动时就执行的，它的作用主要是创建需要监听的事件类型，以及该类事件对应的 handler。而一旦服务器完成初始化后，事件初始化也就相应完成了，服务器程序就需要进入到事件捕获、分发和处理的主循环中。
在开发代码时，我们通常会用一个 while 循环来作为这个主循环。然后在这个主循环中，我们需要捕获发生的事件、判断事件类型，并根据事件类型，调用在初始化时创建好的事件 handler 来实际处理事件。
比如说，当有连接事件发生时，服务器程序需要调用 acceptor 处理函数，创建和客户端的连接。而当有读事件发生时，就表明有读或写请求发送到了服务器端，服务器程序就要调用具体的请求处理函数，从客户端连接中读取请求内容，进而就完成了读事件的处理。这里你可以参考下面给出的图例，其中显示了事件驱动框架的基本执行过程：
Reactor 模型的基本工作机制：客户端的不同类请求会在服务器端触发连接、读、写三类事件，这三类事件的监听、分发和处理又是由 reactor、acceptor、handler 三类角色来完成的，然后这三类角色会通过事件驱动框架来实现交互和事件处理。
Reactor架构方案
单Reactor + 单进程/单线程
Reactor 对象通过 select 监控连接事件，收到事件后通过 dispatch 进行分发。
如果是连接建立的事件，则由 Acceptor 处理，Acceptor 通过 accept 接受连接，并创建一个 Handler 来处理连接后续的各种事件。
如果不是连接建立事件，则 Reactor 会调用连接对应的 Handler（第 2 步中创建的Handler）来进行响应。Handler 会完成 read-> 处理 ->send 的完整业务流程。
这种优点很明显，就是简单，不用考虑进程间通信、线程安全、资源竞争等问题。但是也有自身的局限性，就是无法利用多核资源，只适用于业务处理非常快速的场景，Redis就是采用的这种方案。
单Reactor + 多线程
所以可见，实现一个 Reactor 模型的关键，就是要实现事件驱动框架。那么，如何开发实现一个事件驱动框架呢？
Redis 提供了一个简洁但有效的参考实现，非常值得我们学习，而且也可以用于自己的网络系统开发。下面，我们就一起来学习下 Redis 中对 Reactor 模型的实现。Redis 对 Reactor 模型的实现。
多Reactor + 多进程/多线程
父进程中 mainReactor 对象通过 select 监控连接建立事件，收到事件后通过 Acceptor接收，将新的连接分配给某个子进程。
子进程的 subReactor 将 mainReactor 分配的连接加入连接队列进行监听，并创建一个Handler 用于处理连接的各种事件。
当有新的事件发生时，subReactor 会调用连接对应的 Handler（即第 2 步中创建的Handler）来进行响应。
Handler 完成 read→处理→send 的完整业务流程。
目前著名的开源系统 Nginx 采用的是多 Reactor 多进程，采用多 Reactor 多线程的实现有Memcache 和 Netty。不过需要注意的是 Nginx 中与上图中的方案稍有差异，具体表现在主进程中并没有mainReactor来建立连接，而是由子进程中的subReactor建立。
Redis 对 Reactor 模型的实现
首先我们要知道的是，Redis 的网络框架实现了 Reactor 模型，并且自行开发实现了一个事件驱动框架。这个框架对应的 Redis 代码实现文件是ae.c，对应的头文件是ae.h。
前面我们已经知道，事件驱动框架的实现离不开事件的定义，以及事件注册、捕获、分发和处理等一系列操作。当然，对于整个框架来说，还需要能一直运行，持续地响应发生的事件。
那么由此，我们从 ae.h 头文件中就可以看到，Redis 为了实现事件驱动框架，相应地定义了事件的数据结构、框架主循环函数、事件捕获分发函数、事件和 handler 注册函数。所以接下来，我们就依次来了解学习下。
事件的数据结构定义：以 aeFileEvent 为例
首先，我们要明确一点，就是在 Redis 事件驱动框架的实现当中，事件的数据结构是关联事件类型和事件处理函数的关键要素。而 Redis 的事件驱动框架定义了两类事件：IO 事件和时间事件，分别对应了客户端发送的网络请求和 Redis 自身的周期性操作。这也就是说，不同类型事件的数据结构定义是不一样的。
aeFileEvent 是一个结构体，它定义了 4 个成员变量 mask、rfileProce、wfileProce 和 clientData，如下所示：
/* File event structure */
typedef struct aeFileEvent {
int mask; /* one of AE_(READABLE|WRITABLE|BARRIER) */
aeFileProc *rfileProc;
aeFileProc *wfileProc;
void *clientData;
} aeFileEvent;- mask 是用来表示事件类型的掩码。对于网络通信的事件来说，主要有 AE_READABLE、AE_WRITABLE 和 AE_BARRIER 三种类型事件。框架在分发事件时，依赖的就是结构体中的事件类型；
- rfileProc 和 wfileProc 分别是指向 AE_READABLE 和 AE_WRITABLE 这两类事件的处理函数，也就是 Reactor 模型中的 handler。框架在分发事件后，就需要调用结构体中定义的函数进行事件处理；
- 最后一个成员变量 clientData 是用来指向客户端私有数据的指针。
除了事件的数据结构以外，前面我还提到 Redis 在 ae.h 文件中，定义了支撑框架运行的主要函数，包括框架主循环的 aeMain 函数、负责事件捕获与分发的 aeProcessEvents 函数，以及负责事件和 handler 注册的 aeCreateFileEvent 函数，它们的原型定义如下：
void aeMain(aeEventLoop *eventLoop);
int aeCreateFileEvent(aeEventLoop *eventLoop, int fd, int mask, aeFileProc *proc, void *clientData);
int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags);而这三个函数的实现，都是在对应的 ae.c 文件中，那么接下来，我就给你具体介绍下这三个函数的主体逻辑和关键流程。
主循环：aeMain 函数
aeMain 函数的逻辑很简单，就是用一个循环不停地判断事件循环的停止标记。如果事件循环的停止标记被设置为 true，那么针对事件捕获、分发和处理的整个主循环就停止了；否则，主循环会一直执行。aeMain 函数的主体代码如下所示：
void aeMain(aeEventLoop *eventLoop) {
eventLoop->stop = 0;
while (!eventLoop->stop) {
…
aeProcessEvents(eventLoop, AE_ALL_EVENTS|AE_CALL_AFTER_SLEEP);
}
}按照事件驱动框架的编程规范来说，框架主循环是在服务器程序初始化完成后，就会开始执行。因此，如果我们把目光转向 Redis 服务器初始化的函数，就会发现服务器程序的 main 函数在完成 Redis server 的初始化后，会调用 aeMain 函数开始执行事件驱动框架。
不过，既然 aeMain 函数包含了事件框架的主循环，那么在主循环中，事件又是如何被捕获、分发和处理呢？这就是由 aeProcessEvents 函数来完成的了。
事件捕获与分发：aeProcessEvents 函数
aeProcessEvents 函数实现的主要功能，包括捕获事件、判断事件类型和调用具体的事件处理函数，从而实现事件的处理。
从 aeProcessEvents 函数的主体结构中，我们可以看到主要有三个 if 条件分支，如下所示：
int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags)
{
int processed = 0, numevents;
/* 若没有事件处理，则立刻返回*/
if (!(flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_FILE_EVENTS)) return 0;
/*如果有IO事件发生，或者紧急的时间事件发生，则开始处理*/
if (eventLoop->maxfd != -1 || ((flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_DONT_WAIT))) {
…
}
/* 检查是否有时间事件，若有，则调用processTimeEvents函数处理 */
if (flags & AE_TIME_EVENTS)
processed += processTimeEvents(eventLoop);
/* 返回已经处理的文件或时间*/
return processed;
}这三个分支分别对应了以下三种情况：
- 情况一：既没有时间事件，也没有网络事件；
- 情况二：有 IO 事件或者有需要紧急处理的时间事件；
- 情况三：只有普通的时间事件。
那么对于第一种情况来说，因为没有任何事件需要处理，aeProcessEvents 函数就会直接返回到 aeMain 的主循环，开始下一轮的循环；而对于第三种情况来说，该情况发生时只有普通时间事件发生，所以 aeMain 函数会调用专门处理时间事件的函数 processTimeEvents，对时间事件进行处理。
现在，我们再来看看第二种情况。
首先，当该情况发生时，Redis 需要捕获发生的网络事件，并进行相应的处理。那么从 Redis 源码中我们可以分析得到，在这种情况下，aeApiPoll 函数会被调用，用来捕获事件，如下所示：
int aeProcessEvents(aeEventLoop *eventLoop, int flags){
...
if (eventLoop->maxfd != -1 || ((flags & AE_TIME_EVENTS) && !(flags & AE_DONT_WAIT))) {
...
//调用aeApiPoll函数捕获事件
numevents = aeApiPoll(eventLoop, tvp);
...
}
...
}那么，aeApiPoll 是如何捕获事件呢？
实际上，Redis 是依赖于操作系统底层提供的 IO 多路复用机制，来实现事件捕获，检查是否有新的连接、读写事件发生。为了适配不同的操作系统，Redis 对不同操作系统实现的网络 IO 多路复用函数，都进行了统一的封装，封装后的代码分别通过以下四个文件中实现：
- ae_epoll.c，对应 Linux 上的 IO 复用函数 epoll；
- ae_evport.c，对应 Solaris 上的 IO 复用函数 evport；
- ae_kqueue.c，对应 macOS 或 FreeBSD 上的 IO 复用函数 kqueue；
- ae_select.c，对应 Linux（或 Windows）的 IO 复用函数 select。
这样，在有了这些封装代码后，Redis 在不同的操作系统上调用 IO 多路复用 API 时，就可以通过统一的接口来进行调用了。不过看到这里，你可能还是不太明白 Redis 封装的具体操作，所以这里，我就以在服务器端最常用的 Linux 操作系统为例，给你介绍下 Redis 是如何封装 Linux 上提供的 IO 复用 API 的。
首先，Linux 上提供了 epoll_wait API，用于检测内核中发生的网络 IO 事件。在ae_epoll.c文件中，aeApiPoll 函数就是封装了对 epoll_wait 的调用。
这个封装程序如下所示，其中你可以看到，在 aeApiPoll 函数中直接调用了 epoll_wait 函数，并将 epoll 返回的事件信息保存起来的逻辑：
static int aeApiPoll(aeEventLoop *eventLoop, struct timeval *tvp) {
…
//调用epoll_wait获取监听到的事件
retval = epoll_wait(state->epfd,state->events,eventLoop->setsize,
tvp ? (tvp->tv_sec*1000 + tvp->tv_usec/1000) : -1);
if (retval > 0) {
int j;
//获得监听到的事件数量
numevents = retval;
//针对每一个事件，进行处理
for (j = 0; j < numevents; j++) {
#保存事件信息
}
}
return numevents;
}为了让你更加清晰地理解，事件驱动框架是如何实现最终对 epoll_wait 的调用，这里我也放了一张示意图，你可以看看整个调用链是如何工作和实现的。
OK，现在我们就已经在 aeMain 函数中，看到了 aeProcessEvents 函数被调用，并用于捕获和分发事件的基本处理逻辑。
那么，事件具体是由哪个函数来处理的呢？这就和框架中的 aeCreateFileEvents 函数有关了。
事件注册：aeCreateFileEvent 函数
我们知道，当 Redis 启动后，服务器程序的 main 函数会调用 initSever 函数来进行初始化，而在初始化的过程中，aeCreateFileEvent 就会被 initServer 函数调用，用于注册要监听的事件，以及相应的事件处理函数。
具体来说，在 initServer 函数的执行过程中，initServer 函数会根据启用的 IP 端口个数，为每个 IP 端口上的网络事件，调用 aeCreateFileEvent，创建对 AE_READABLE 事件的监听，并且注册 AE_READABLE 事件的处理 handler，也就是 acceptTcpHandler 函数。这一过程如下图所示：
所以这里我们可以看到，AE_READABLE 事件就是客户端的网络连接事件，而对应的处理函数就是接收 TCP 连接请求。下面的示例代码中，显示了 initServer 中调用 aeCreateFileEvent 的部分片段，你可以看下：
void initServer(void) {
…
for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) {
if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE,
acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR)
{
serverPanic("Unrecoverable error creating server.ipfd file event.");
}
}
…
}那么，aeCreateFileEvent 如何实现事件和处理函数的注册呢？这就和刚才我介绍的 Redis 对底层 IO 多路复用函数封装有关了，下面我仍然以 Linux 系统为例，来给你说明一下。
首先，Linux 提供了 epoll_ctl API，用于增加新的观察事件。而 Redis 在此基础上，封装了 aeApiAddEvent 函数，对 epoll_ctl 进行调用。
所以这样一来，aeCreateFileEvent 就会调用 aeApiAddEvent，然后 aeApiAddEvent 再通过调用 epoll_ctl，来注册希望监听的事件和相应的处理函数。等到 aeProceeEvents 函数捕获到实际事件时，它就会调用注册的函数对事件进行处理了。
好了，到这里，我们就已经全部了解了 Redis 中实现事件驱动框架的三个关键函数：aeMain、aeProcessEvents，以及 aeCreateFileEvent。当你要去实现一个事件驱动框架时，Redis 的设计思想就具有很好的参考意义。
最后我再带你来简单地回顾下，在实现事件驱动框架的时候，你需要先实现一个主循环函数（对应 aeMain），负责一直运行框架。其次，你需要编写事件注册函数（对应 aeCreateFileEvent），用来注册监听的事件和事件对应的处理函数。只有对事件和处理函数进行了注册，才能在事件发生时调用相应的函数进行处理。
最后，你需要编写事件监听、分发函数（对应 aeProcessEvents），负责调用操作系统底层函数来捕获网络连接、读、写事件，并分发给不同处理函数进一步处理。
小结
Redis 一直被称为单线程架构，按照我们通常的理解，单个线程只能处理单个客户端的请求，但是在实际使用时，我们会看到 Redis 能同时和成百上千个客户端进行交互，这就是因为 Redis 基于 Reactor 模型，实现了高性能的网络框架，通过事件驱动框架，Redis 可以使用一个循环来不断捕获、分发和处理客户端产生的网络连接、数据读写事件。
