muduo库源码剖析(一) reactor模式

一. Reactor模式简介

Reactor释义“反应堆”，是一种事件驱动机制。和普通函数调用的不同之处在于：应用程序不是主动的调用某个API完成处理，而是恰恰相反，Reactor逆置了事件处理流程，应用程序需要提供相应的接口并注册到Reactor上，如果相应的时间发生，Reactor将主动调用应用程序注册的接口，这些接口又称为“回调函数”。

二. moduo库Reactor模式的实现

muduo主要通过3个类来实现Reactor模式：EventLoop，Channel，Poller。

1. EventLoop

  事件循环。moduo的线程模型为one loop per thread,即每个线程只能有一个EventLoop对象。EventLoop对象的生命周期通常和其所属的线程一样长。

数据成员：

       const pid_t threadId_;保存当前EventLoop所属线程id

       boost::scoped_ptr poller_; 实现I/O复用 boost::scoped_ptr timerQueue_;

       int wakeupFd_;

       boost::scoped_ptr wakeupChannel_; 用于处理wakeupFd_上的可读事件，将事件分发到handlRead() ChannelList activeChannels_; 有事件就绪的              Channel Channel* currentActiveChannel_;

       MutexLock mutex_; pendingFunctors_回暴露给其他线程，所以需要加锁 std::vectorpendingFunctors_; 

主要功能函数：

     loop()，在该函数中会循环执行以下过程：调用Poller::poll()，通过此调用获得一个vector<channel*>activeChannels_的就绪事件集合，再遍历该容器，执行每个Channel的Channel::handleEvent()完成相应就绪事件回调，最后执行pendingFunctors_排队的函数。上述一次循环就是一次Reactor模式完成。

     runInLoop(boost::function<void()>)，实现用户指定任务回调，若是EventLoop隶属的线程调用EventLoop::runInLoop()则EventLoop马上执行;若是其它线程调用则执行EventLoop::queueInLoop(boost::function<void()>将任务添加到队列中(线程转移)。EventLoop如何获得有任务这一事实呢？通过eventfd可以实现线程间通信，具体做法是：其它线程向EventLoop::vector<boost::function<void()> >添加任务T，然后通过EventLoop::wakeup()向eventfd写一个int，eventfd的回调函数EventLoop::handleRead()读取这个int，从而相当于EventLoop被唤醒，此时loop中遍历队列执行堆积的任务。这里采用Channel管理eventfd，Poller侦听eventfd体现了eventfd可以统一事件源的优势。

    queueInLoop(Functor& cb)，将cb放入队列，并在必要时唤醒IO线程。有两种情况需要唤醒IO线程，1 调用queueInLoop()的线程不是IO线程，2 调用queueInLoop()的线程是IO线程，而此时正在调用pengding functor。

2. Channel

  事件分发器。每个Channel只属于一个EventLoop,每个Channel只负责一个文件描述符fd的IO事件分发，但其不拥有fd。

数据成员：

     int fd_文件描述符，

     int events_ 文件描述符注册事件，

     int revents_文件描述符的就绪事件，由Poller::poll设置

     readCallback_,writeCallback...各种事件回调，会在拥有该Channel类的构造函数中被注册，例如TcpConnction会在构造函数中TcpConnection::handlRead()注册给Channel::readCallback

主要功能函数：

     setCallback()系列函数，接受Channel所属的类注册相应的事件回调函数

     enableReading(),update(), 当一个fd想要注册可读事件时，首先通过Channel::enableReading()-->Channel::update(this)->EventLoop::updateChannel(Channel)->Poller::updateChannel(Channel*)调用链向poll系统调用的侦听事件表注册或者修改注册事件。

    handleEvent(), Channel作为是事件分发器其核心结构是Channel::handleEvent()，该函数调用Channel::handleEventWithGuard(),在其内根据Channel::revents的值分发调用相应的事件回调。

3. Poller

  Poller是IO multiplexing的封装，封装了poll和epoll。Poller是EventLoop的间接成员，只供拥有该Poller的EventLoop在IO线程调用。生命期与EventLoop相等。

数据成员：

    vector pollfds_事件结构体数组用于poll的第一个参数;

    map<int,channel*> channels_用于文件描述符fd到Channel的映射便于快速查找到相应的Channel

主要功能函数：

    updateChannel(Channel*) 用于将传入的Channel关心的事件注册给Poller。

    poll(int timeoutMs,vector<channel*> activeChannels)其调用poll侦听事件集合，将就绪事件所属的Channel调用fillActiveChannels()加入到activeChannels_中。

其他类

EventLoopThread: 启动一个线程执行一个EventLoop,其语义和"one loop per thread“相吻合。注意这里用到了互斥量和条件变量,这是因为线程A创建一个EventLoopThread对象后一个运行EventLoop的线程已经开始创建了，可以通过EventLoopThread::startLoop()获取这个EventLoop对象，但是若EventLoop线程还没有创建好，则会出错。所以在创建EventLoop完成后会执行condititon.notify()通知线程A，线程A调用EventLoopThread::startLoop()时调用condition.wai()等待，从而保证获取一个创建完成的EventLoop.毕竟线程A创建的EventLoop线程，A可能还会调用EventLoop执行一些任务回调呢。