传统网络模型

PPC和prefork

优点

实现简单

缺点

1. PPC：fork代价高，性能低
2. 父子进程通信要用IPC，监控统计等实现会比较复杂
3. OS的上下文切换会限制并发连接数，一般几百

案例

1. 世界上第一个Web服务器CERN httpd采用PPC模式
2. Apache MPM prefork模式，默认256个连接

TPC和prethread

优点

1. 实现简单
2. 无需IPC，线程间通信即可
3. 无需fork，线程创建代价低

缺点

1. 线程互斥和共享比PPC/prefork要复杂
2. 某个线程故障可能导致整个进程退出
3. OS的上下文切换会限制并发连接数，一般几百，但比PPC/prefork要多

案例

Apache 服务器 MPM worker 模式就是 prethread模式的变种（多进程 + prethread），默认支持16 × 25= 400 个并发处理线程

Reactor网络模型

Reactor：基于多路复用的事件响应网络编程模型

多路复用

多个连接复用同一个阻塞对象，例如Java的Selector、epoll的epoll_fd（epoll_create函数创建）

事件响应

不同的事件分发给不同的对象处理，Java的事件有OP_ACCEPT、OP_CONNECT、OP_READ、OP_WRITE

优缺点

1. 实现比传统网络模型要复杂
2. 支持海量连接

Reactor模式

模式1-单 Reactor 单进程/单线程

1. Reactor 对象通过 select 监控连接事件，收到事件后通过 dispatch 进行分发
2. 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
3. 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 → 业务处理 → send 的完整业务流程

优点

1. 实现简单，无进程通信，无线程互斥和通信
2. 无上下文切换，某些场景下性能可以做到很高

缺点

1. 只有一个进程，无法发挥多核CPU的性能；只能采取部署多个系统来利用多核CPU，但这样会带来运维复杂度
2. Handler在处理某个连接上的业务时，整个进程无法处理其他连接的事件，可能导致性能瓶颈

案例

Redis

模式2-单 Reactor 多线程

1. 主线程中，Reactor 对象通过 select 监控连接事件，收到事件后通过 dispatch 进行分发
2. 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
3. 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
4. Handler 只负责响应事件，不进行业务处理；Handler 通过 read 读取到数据后，会发给 Processor 进行业务处理
5. Processor 会在独立的子线程中完成真正的业务处理，然后将响应结果发给主进程的 Handler 处理；Handler 收到响应后通过 send 将响应结果返回给 client

优点

充分利用了多核CPU的优势，性能高

缺点

1. 多线程数据共享和访问比较复杂
2. Reactor承担了所有事件的监听和响应，只在主线程中运行，瞬时高并发时会成为性能瓶颈

模式3-多 Reactor 多进程/线程

1. 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
2. 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
3. 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
4. Handler 完成 read → 业务处理 → send 的完整业务流程

优点

1. 充分利用了多核CPU的优势，性能高
2. 实现简单，父子进程（线程）交互简单，subReactor子进程（线程）间无互斥共享或通信

缺点

没有明显的缺点，虽然自己实现会很复杂，但是目前已经有非常成熟的开源方案

案例

Memcached、Netty、Nginx等

注意：实现细节都有一些差异，例如Memcached用了事件队列、Nginx是子进程accept

Proactor网络模型

1. Proactor Initiator 负责创建 Proactor 和 Handler，并将Proactor和 Handler 都通过 Asynchronous Operation Processor 注册到内核
2. Asynchronous Operation Processor 负责处理注册请求，并完成I/O 操作
3. Asynchronous Operation Processor 完成 I/O 操作后通知Proactor
4. Proactor 根据不同的事件类型回调不同的 Handler 进行业务处理
5. Handler 完成业务处理，Handler 也可以注册新的Handler 到内核进程

优点

理论上性能要比Reactor更高一些，但实测性能差异不大，大约10%以内

缺点

1. 操作系统实现复杂，Linux目前对Proactor模式支持并不成熟
2. 程序调试复杂

案例

Windows IOCP

网络模型对比

	复杂度	连接数量	应用场景
PPC	低	常量连接，几百	内部系统、中间件
prefork	低	常量连接，几百	内部系统、中间件
TPC	低	常量连接，几百	内部系统、中间件
prethread	低	常量连接，几百	内部系统、中间件
Reactor	中，程序复杂	海量连接，上万	互联网、物联网、中间件
Proactor	高，OS内核复杂	海量连接，上万	互联网、物联网、中间件

三种网络模型实战技巧

“多Reactor多线程”是目前已有技术中接近完美的技术方案：

1. 所有场景
2. 所有平台
3. 性能和Proactor接近

直接用开源框架，千万不要自己去实现，例如Netty、libevent（Memcached网络框架）、libuv（node.js底层网络框架）