proactor模式

Proactor模式是一种异步I/O的设计模式，它允许程序直接发起一个异步I/O操作并立即返回，而不需要等待该操作完成。一旦I/O操作实际完成，系统会通知相应的完成处理程序（Completion Handler），该处理程序随后执行与该I/O操作相关的后续处理。以下是关于Proactor模式的详细解释：

模式构成

• Handle 句柄：在操作系统中，常见的文件描述符，用来标识socket连接或打开的文件。
• Asynchronous Operation Processor：异步操作处理器，负责执行异步操作，通常由操作系统内核实现，也可以被用户态线程或进程模拟。
• Asynchronous Operation：异步操作，如异步的通过套接字句柄读写数据。
• Completion Event Queue：完成事件队列，用于缓存已经完成的异步操作。
• Proactor：完成分发器，定义抽象接口，从完成事件队列中取出异步操作的结果，并分发调用已完成事件的后续处理逻辑。
• Completion Handler：完成事件接口，一般是由回调函数组成的接口。
• Concrete Completion Handler：完成事件后的具体处理逻辑，实现接口定义特定的应用处理逻辑。

工作时序

1. 初始化与注册：启动应用程序并注册异步操作完成后的回调操作。
2. 异步操作：主程序调用异步操作处理器提供的异步操作接口。
3. 操作执行：Asynchronous Operation Processor执行异步操作，完成后将结果放入事件完成队列。
4. 结果分发：Proactor从完成事件队列中取出结果，分发到相应的完成事件回调函数处理逻辑中。

优势与不足

• 优势：
  • 处理耗时长的I/O操作和并发场景时，性能较高。
  • 一旦提交I/O操作，用户进程可以做其他任何操作，提高了用户进程的灵活性。
• 不足：
  • 实现相对复杂，与基本的同步I/O相比，异步I/O在使用上可能不那么直观。
  • 需要底层操作系统提供异步I/O操作的支持。

应用场景

Proactor模式常用于需要并发执行多个操作的网络服务器和客户端的开发中，如高性能Web服务器、数据库服务器等。在这些场景中，Proactor模式能够有效地利用操作系统支持的异步机制，简化并发编程，提高性能和效率。

示例技术

• Windows IOCP（I/O Completion Ports）：Windows操作系统提供的一个高性能的线程同步机制，专门为高吞吐量的服务器应用程序设计。
• Linux io_uring：Linux内核中的一个比较新的接口，用于提供高效的异步I/O。
• Boost.Asio C++库：一个跨平台的C++库，用于编写基于网络和低级I/O操作的程序，支持在Windows上通过IOCP和在POSIX系统上通过aio_calls或epoll实现异步I/O操作。