Cloud Foundry架構和消息處理機制

Cloud Foundry的核心組件主要有Router、Cloud Controller、Services、Health Manager和DEA，以及模塊之間使用的NATS消息通信機制。這些模塊之間的關聯關係如下圖所示，模塊之間使用NATS或者HTTP等其他的消息機制進行通信。

NATS是一個基於事件驅動的輕量級支持發布、訂閱機制的消息系統，基於Event Machine開發，以事件驅動。新版本的NATS可以支持多伺服器節點，避免了單節點的NATS導致的系統在HA方面的不穩定性。各個組件是基於消息發布訂閱機制構建的，NATS組件的主要作用和功能如下：

定址和發現；

命令和控制；

中央通訊系統；

支持消息的發布和訂閱。

在處理Web業務時，會存在大量並發的Http鏈接，在處理TCP Socket的高性能的I/O設計中，NATS有兩個比較著名的模式Reactor和Proactor模式，其中Reactor模式用於同步I/O，而Proactor運用於非同步I/O操作。

在比較這兩個模式之前，首先說明幾個概念，什麼是阻塞和非阻塞，什麼是同步和非同步,同步和非同步是針對應用程序和內核的交互而言的，同步指的是用戶進程觸發IO操作並等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒，而非同步是指用戶進程觸發IO操作以後便開始做自己的事情，而當IO操作已經完成的時候會得到IO完成的通知。

而阻塞和非阻塞是針對於進程在訪問數據的時候，根據IO操作的就緒狀態來採取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會立即返回一個狀態值。

一般來說I/O模型可以分為：同步阻塞，同步非阻塞，非同步阻塞，非同步非阻塞IO

同步阻塞IO：

在此種方式下，用戶進程在發起一個IO操作以後，必須等待IO操作的完成，只有當真正完成了IO操作以後，用戶進程才能運行。JAVA傳統的IO模型屬於此種方式。

同步非阻塞IO:

在此種方式下，用戶進程發起一個IO操作以後邊可返回做其它事情，但是用戶進程需要時不時的詢問IO操作是否就緒，這就要求用戶進程不停的去詢問，從而引入不必要的CPU資源浪費。其中目前JAVA的NIO就屬於同步非阻塞IO。

非同步阻塞IO：

此種方式下是指應用發起一個IO操作以後，不等待內核IO操作的完成，等內核完成IO操作以後會通知應用程序，這其實就是同步和非同步最關鍵的區別，同步必須等待或者主動的去詢問IO是否完成，那麼為什麼說是阻塞的呢？因為此時是通過select系統調用來完成的，而select函數本身的實現方式是阻塞的，而採用select函數有個好處就是它可以同時監聽多個文件句柄，從而提高系統的並發性。

非同步非阻塞IO:

在此種模式下，用戶進程只需要發起一個IO操作然後立即返回，等IO操作真正的完成以後，應用程序會得到IO操作完成的通知，此時用戶進程只需要對數據進行處理就好了，不需要進行實際的IO讀寫操作，因為真正的IO讀取或者寫入操作已經由內核完成了。目前Java中還沒有支持此種IO模型。

Reactor和Proactor模式比較：

首先來看看Reactor模式，Reactor模式應用於同步I/O的場景。我們分別以讀操作和寫操作為例來看看Reactor中的具體步驟：

Reactor模式：

讀取操作：

1. Register_Handler：應用程序註冊讀就緒事件和相關聯的事件處理器。

2. Demultiplexer：事件分離器等待事件的發生

3. Notify：當發生讀就緒事件的時候，事件分離器調用第一步註冊的事件處理器。

4. Handle_Event：事件處理器首先執行實際的讀取操作，然後根據讀取到的內容進行進一步的處理

寫入操作類似於讀取操作，只不過第一步註冊的是寫就緒事件。

下面我們來看看Proactor模式中讀取操作和寫入操作的過程：

Proactor模式：

讀取操作：

1. 應用程序初始化一個非同步讀取操作，然後註冊相應的事件處理器，此時事件處理器不關注讀取就緒事件，而是關注讀取完成事件，這是區別於Reactor的關鍵。

2. 事件分離器等待讀取操作完成事件。

3. 在事件分離器等待讀取操作完成的時候，操作系統調用內核線程完成讀取操作，並將讀取的內容放入用戶傳遞過來的緩存區中。這也是區別於Reactor的一點，Proactor中，應用程序需要傳遞緩存區。

4. 事件分離器捕獲到讀取完成事件後，激活應用程序註冊的事件處理器，事件處理器直接從緩存區讀取數據，而不需要進行實際的讀取操作。

Proactor中寫入操作和讀取操作，只不過感興趣的事件是寫入完成事件。

從上面可以看出，Reactor和Proactor模式的主要區別就是真正的讀取和寫入操作是有誰來完成的，Reactor中需要應用程序自己讀取或者寫入數據，而Proactor模式中，應用程序不需要進行實際的讀寫過程，它只需要從緩存區讀取或者寫入即可，操作系統會讀取緩存區或者寫入緩存區到真正的IO設備.

綜上所述，同步和非同步是相對於應用和內核的交互方式而言的，同步 需要主動去詢問，而非同步的時候內核在IO事件發生的時候通知應用程序，而阻塞和非阻塞僅僅是系統在調用系統調用的時候函數的實現方式而已。

溫馨提示：

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！