摘   要： 介紹了ACE反應器框架的核心設計與實現(xiàn)，揭示了該框架對事件實施多路分解和分派的機制。
關鍵詞： ACE反應器  設計模式  框架

　　在分布式系統(tǒng)、特別是服務器的事件驅(qū)動型應用中，必須隨時準備同時處理多個服務請求。許多傳統(tǒng)的應用程序在處理諸如網(wǎng)絡連接這樣的多個I/O端口服務時，往往借助于多進程模型或多線程模型。這種方法在需要同時處理多個網(wǎng)絡連接的服務器程序中相當流行。但是，在一些系統(tǒng)中，進程和線程的創(chuàng)建開銷和維護代價非常大。其不足主要表現(xiàn)在以下方面：
　　(1)由于CPU之間的上下文切換、同步和數(shù)據(jù)移動，使得線程方法效率不高。
　　(2)線程方法不適用于所有的操作系統(tǒng)，并且不是所有的操作系統(tǒng)都提供可移植的線程語義。
　　(3)相似的事件處理代碼在每一個新的工程中，由開發(fā)者面對許多復雜細節(jié)的情況下被重復地開發(fā)出來，并且這些程序在移植時困難重重。
　　(4)在制訂進程或線程策略進行并發(fā)服務器的優(yōu)化時，如果不考慮像CPU的數(shù)目這樣的可用資源，實際上往往降低了程序的執(zhí)行效率。
　　本文描述ACE(自適配通信環(huán)境)反應器框架的設計和實現(xiàn)。該框架可以有效克服上述不足。它實現(xiàn)了反應器(Reactor)模式[1]，該模式將事件多路分解和分派機制從服務中對指示事件的與應用有關的處理分離了出去。應用的每個服務可由一個或多個方法組成，并由一個單獨的事件處理器代表；事件處理器負責分派服務特有的請求。在ACE的反應器模式的實現(xiàn)中，事件處理器分派由ACE_Reactor對象完成。
1  ACE反應器框架類
　　這一部分簡要介紹反應器框架（ACE_Reactor）的類。圖1顯示了該框架中相關類之間最為重要的關系。

　　(1)ACE_Time_Value類：主要用于ACE Reactor I/O超時和定時器設置。
　　(2)ACE_Event_Handler類：抽象類，其接口提供的掛鉤方法是ACE_Reactor回調(diào)的目標。大多數(shù)通過ACE開發(fā)的應用事件處理器都是該類的后代。
　　(3)ACE_Timer_Queue類：抽象類，定義定時器隊列的能力和接口。
　　(4)ACE_Reactor類：提供一個接口，用來在Reactor框架中管理事件處理器登記，并執(zhí)行事件循環(huán)來驅(qū)動事件檢測、多路分解和分派。
　　依照反應器模式，這些類扮演了事件基礎設施層和應用層二種角色。其中，擔當應用層角色的是ACE_Event_Handle類。
2  ACE反應器框架的核心實現(xiàn)
　　實現(xiàn)ACE反應器框架的關鍵是運用反應器（Reactor）模式。反應器模式中有五個主要的組成部分：(1)操作系統(tǒng)提供的句柄：用于標識網(wǎng)絡連接或打開的文件之類的事件源，事件源產(chǎn)生指示事件并對其進行排隊。(2)同步事件多路分解器：是一個函數(shù)，如select（）等，它是事件多路分解器的核心。(3)事件處理程序：定義一個或多個鉤子方法組成的接口。(4)具體事件處理程序：從事件處理程序接口繼承，并實現(xiàn)應用所特定的服務。(5)反應器：定義了一個接口，允許應用程序登記或刪除事件處理程序及其相關的句柄，并運行應用程序的事件循環(huán)。反應器使用同步事件多路分解器等待在句柄集上發(fā)生指示事件。
應用程序開發(fā)者只需要負責具體事件處理程序，并在反應器上予以注冊，應用程序就可以簡單地重用反應器的多路分解和分配機制了。反應器模式引入的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)回調(diào)的方法是：反應器等待指示事件，多路分解這些事件給具體事件處理程序，然后向具體事件處理程序分派相應的鉤子方法。下面介紹反應器框架的實現(xiàn)。
2.1 定義事件處理程序?qū)ο?/strong>
　　在面向?qū)ο髴弥校瑢⑹录幚沓绦蚺c句柄結(jié)合起來的方法是建立一個事件處理對象。ACE反應器框架定義了不同類型的各種對象及相應的鉤子方法，這種由具體事件處理對象來分派的多接口策略更具可擴展性。下面簡化的C＋＋抽象基類即是在ACE反應器框架中用來產(chǎn)生這種類型的對象：
　　class ACE_Event_Handler{
　　public：//由反應器分派的用以處理各種具體事件處理程序的鉤子方法
　　virtual int handle_input(HANDLE handle)=0；//輸入事件
　　virtual int handle_outpur(HANDLE handle)=0；//輸出事件
　　virtual int handle_timeout(const ACE_Time_Value&)=0；
　　　　　　　　　　　　　//超時事件
　　virtual HANDLE get_handle( ) const=0；}//用于返回I/O句柄的鉤子方法
2.2 定義反應器接口
　　下面是一個簡化的ACE_Reactor類，它是ACE反應器框架中實現(xiàn)反應器模式的關鍵類。應用程序使用該反應器接口登記或刪除事件處理程序及其相關句柄，并調(diào)用應用程序的事件循環(huán)。通常用單件[5]訪問反應器接口，因為一個應用程序中有一個反應器就夠了。
　　class ACE_Reactor {
　　public：
　　virtual int register_handler(ACE_Event_Handler*event_
　　handler，ACE_Reactor_Mask masks)；
　　　　　　　　　//登記具體事件處理器
　　virtual int register_handler(ACE_Sig_Set sigset，ACE_Event_
　　Handler*event_handler，ACE_Reactor_Mask masks)；
　　　　　　　　//該事件處理器與信號處理有關
　　virtual int schedule_timer(ACE_Event_Handler*event_
　　handler，ACE_Time_Value time)；//登記一個事件處理器
　　　　　　　　　　　　　　　　　　//它將在用戶規(guī)定的時間后被執(zhí)行
　　virtual int remove_handler(HANDLE h，ACE_Reactor_
　　　　Mask masks)；//移除具體事件處理器
　　void handle_events(ACE_Time_Value*timeout=0)；
　　　　　　　　　　　　　　//啟動反應器的事件循環(huán)處理
　　static Reactor*instance( )；//返回反應器單體實例
　　private：
　　ACE_Reactor_Impl implementation；}//反應器的具體實現(xiàn)
　　在上面的類中，ACE_Reactor_Mask是個自定義類型：
　　typedef unsigned long ACE_Reactor_Mask
　　它一般取以下枚舉類型的值，用來標志不同類型的事件：
　　enum{
　　READ_MASK=(1 << 0)，
　　WRITE_MASK=(1 << 1)，
　　EXCEPT_MASK=(1 <<2 )
　　……}
　　ACE_Reactor類是應用程序用以訪問ACE反應器框架的公共接口。橋接模式[5]使ACE_Reactor接口與它的ACE_Reactor_Impl子類實現(xiàn)耦合。在不同OS平臺上，該子類的實現(xiàn)也不相同。但是，ACE_Reactor接口提供的方法的名字和總的功能保持不變。這種統(tǒng)一性源于ACE_Reactor設計的模塊性，該設計還增強了反應器的可重用性、可移植性和可維護性。
2.3 反應器中多路分解和分派的實現(xiàn)
　　通常，除了調(diào)用同步事件多路分解器等待句柄集發(fā)生指示事件外，反應器實現(xiàn)還要維護一個多路分解表。該表是個管理者，包含一個格式為<句柄，事件處理程序，指示事件類型>的三元組，這使得所激活的句柄與激活該句柄的指示事件類型、所激活的句柄與該句柄所關聯(lián)的事件處理器三者之間清晰地聯(lián)系在一起。可用Linux操作系統(tǒng)為例來闡述這一點，因為在Linux中，I/O句柄是連續(xù)的整數(shù)，這使得句柄值成為多路分解表數(shù)組的索引。
　　在具體實現(xiàn)中，ACE反應器類的私有部分有一個包含上述多路分解表的對象handler_rep_，該對象存放著一個實現(xiàn)句柄到具體事件處理器映射的表，它是下面所示類的一個實例：
　　class ACE_Select_Reactor_Handler_Repository{
　　public：//尋找與handle相關聯(lián)的具體事件處理器
　　ACE_Event_Handler*find(ACE_HANDLE handle，size_t
　　*index_p=0)；
　　　　　　　//使得具體事件的句柄、指示標志綁定在一起
　　Int bind(ACE_HANDLE，ACE_Event_Handler*，ACE_
　　Reactor_Mask)：
　　size_t size(void) const；//返回表中所綁定的具體事件處理器的個數(shù)
　　　private：//盛裝一個事件處理器ACE_Event_Handler和其相關
　　　　　　　//聯(lián)的ACE_HANDLE句柄
　　ACE_Event_Tuple*event_handler-；}
　　class ACE_Event_Tuple{
　　public：
　　ACE_HANDLE handle_；
　　ACE_Event_Handler*event_handler_；}
　　當具體事件處理器調(diào)用register_handler( )方法向Reactor類登記時，將調(diào)用方法handler_rep_.bind (handle，event_handler，mask)，把這個“三元組”置于handler_rep_對象中。
　　在ACE中，用包裝器外觀類ACE_Handle_Set來封裝句柄集，用一個實現(xiàn)了迭代模式的類ACE_Handle_Set_
　　Iterator來迭代該句柄集中的句柄。一旦反應器進入主入口點方法handle_events( )，應用程序?qū)⒗盟磻缘貙崿F(xiàn)事件循環(huán)。當有指示事件發(fā)生時，反應器多路分解與分派(即回調(diào))的方式為：該框架把反應器應處理的事件分成三種不同的類型，其中一類為I/O事件，由方法dispatch_io_
handlers( )加以處理。下面以處理常見應用中的I/O事件為例說明反應器的多路分解和分派的實現(xiàn)。
先定義一個函數(shù)指針：
　　typedef int (ACE_Event_Handler∷?鄢ACE_EH_PTMF) (ACE_HANDLE)；
　　此函數(shù)指針是實現(xiàn)具體服務分派的基礎，因為反應器通過函數(shù)指針決定了應調(diào)用handle_?鄢( )方法中的哪一種。
　　再定義一個函數(shù)：
　　ACE_Reactor_impl∷dispatch_io_set( ACE_Handle_Set&
　　dispatch_mask，ACE_EH_PTMF callback)
　　{  ACE_Handle_Set_Iterator handle_iter(dispatch_mask)；
        　　　　　　 //對特定句柄集中的句柄進行迭代
　　While(handle=handle_iter( )！=ACE_INVALID_HANDLE)
　　 { ACE_Event_Handler //找出被激活句柄相關聯(lián)
　　　　　　　　　　　　　　//的事件處理器
　　event_handler=this->handler_rep_.find(handle)；
      　　　　　　　　　　//利用函數(shù)指針對反映器進行回調(diào)
　　(event_handler->*callback)(handle)；}
　　}
　　上述函數(shù)對dispatch_mask句柄集中的句柄執(zhí)行循環(huán)檢測。一旦某句柄被激活，即找出該句柄所關聯(lián)的ACE_Event_Handler對象，然后執(zhí)行該對象所分派的方法，而具體方法由callback傳遞。
3  運用反應器框架的示例
　　以常見的登錄服務器為例。登錄服務器使用由兩個具體事件處理程序，即登錄接受器和登錄連接器實現(xiàn)的單件反應器。下面的代碼框架實現(xiàn)了登錄服務器示例中的具體事件處理程序。其中：My_Accept_Handler類（登錄接受器）用來被動地建立連接，My_Input_Handler類（登錄連接器）提供與應用有關的服務。
　　class My_Input_Handler：public ACE_Event_Handler{
　　public：
　　int handle_input(ACE_HANDLE){ //回調(diào)，以處理任何到來的連接
　　   ……具體代碼略……}
　　private：
　　ACE_SOCK_Stream peer_；}//流對象，用于讀寫
　　class My_Accept_Handler：public ACE_Event_Handler{
　　public：
　　My_Accept_Handler(ACE_Addr &addr){this->open(addr)；}
　　int open(ACE_Addr &addr) {//打開接受器，監(jiān)聽客戶連接
　　peer_acceptor.open(addr)；}
　　int handle_input(ACE_HANDLE handle){
　　　　　　　　//重載handle_input( )方法
　　……代碼略，客戶請求連接，則建立一個處理器來處理這個連接……}
　　private：
　　ACE_SOCK_Accepto peer_acceptor；} //用以被動接受連接的接受器
　　int main(int argc，char*argv[]){
　　ACE_INET_Addr addr(PORT_NO)；//建立一個用來接受連接的地址
　　　　　　　　　　　　　　　　　　//建立一個接受事件處理器用以自動偵聽客戶連接
　　My_Accept_Handler*eh=new My_Accept_Handler(addr)；
　　　　　　　　　　　　　　　　　//向Reactor登記，以使在有連接請求時實現(xiàn)回調(diào)
　　ACE_Reactor∷instance( )->register_handler(eh，
　　ACE_Event_Handler∷ACCEPT_MASK)；
　　　　　　　while(1) //運行事件循環(huán)
　　ACE_Reactor∷instance()->handle_events()；}
4  總  結(jié)
　　本文對實現(xiàn)ACE反應器框架的核心源碼進行了分析，揭示了該框架使多路分解和分派機制與應用定義的事件處理策略相分離的方法。最后的實例表明，通過封裝許多復雜的功能，該框架可簡潔、正確、可移植和高效地進行事件驅(qū)動型網(wǎng)絡化應用的開發(fā)，從而使網(wǎng)絡化開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂趹盟赜械姆铡?br /> 參考文獻
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