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half-sync/half-async 和 Leader/Followers 模式的主要区别

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作者 正文
   发表时间:2007-03-16  
《POSA2》 一书中,关于这两个模式有两个很形象的比喻:

半同步/半异步(half-sync/half-async):
许多餐厅使用 半同步/半异步 模式的变体。例如,餐厅常常雇佣一个领班负责迎接顾客,并在餐厅繁忙时留意给顾客安排桌位,为等待就餐的顾客按序排队是必要的。领班由所有顾客“共享”,不能被任何特定顾客占用太多时间。当顾客在一张桌子入坐后,有一个侍应生专门为这张桌子服务。

领导者/追随者(Leader/Followers):
在日常生活中,领导者/追随者模式用于管理许多飞机场出租车候车台。在该用例中,出租车扮演“线程”角色,排在第一辆的出租车成为领导者,剩下的出租车成为追随者。同样,到达出租车候车台的乘客构成了必须被多路分解给出租车的事件,一般以先进先出排序。一般来说,如果任何出租车可以为任何顾客服务,该场景就主要相当于非绑定句柄/线程关联。然而,如果仅仅是某些出租车可以为某些乘客服务,该场景就相当于绑定句柄/线程关联。

在 《POSA2》 书中列举的例子都比较复杂,并且书上没有列出完整的代码。但是这两个模式其实都可以在《unix网络编程》一书中找到对应的完整的代码和相关的讨论。

在 半同步/半异步 模式中,需要由模式实现者显示构造一个队列,以便同步层和异步层可以通信。
《unix网络编程》 一书的 “27.12 TCP预先创建线程服务器程序,主线程统一 accept” 的例子中,如果只是从处理 accept 这个事件上看,可以认为这是一个使用了 半同步/半异步 模式的例子。但是从具体的业务处理(即web_child的处理上),仍然可以认为是一个ThreadPerConnection模型,因为在 thread_main 中直接读取请求和发送响应。在这个例子中,就有一个队列:


[b]//这就是一个典型的循环队列的定义,iget 是队列头,iput 是队列尾[/b]
int clifd[MAXNCLI], iget, iput; 

int main( int argc, char * argv[] )
{
  ......
  int listenfd = Tcp_listen( NULL, argv[ 1 ], &addrlen );
  ......

  iget = iput = 0;

  for( int i = 0; i < nthreads; i++ ) {
    pthread_create( &tptr[i].thread_tid, NULL, &thread_main, (void*)i );

  for( ; ; ) {
    connfd = accept( listenfd, cliaddr,, &clilen );
    clifd[ iput ] = connfd;     [b]// 接受到的连接句柄放入队列[/b]
    if( ++iput == MAXNCLI ) iput = 0;  
  }
}

void * thread_main( void * arg )
{
  for( ; ; ) {
    while( iget == iput ) pthread_cond_wait( ...... );
    connfd = clifd[ iget ];     [b]// 从队列中获得连接句柄[/b]
    if( ++iget == MAXNCLI ) iget = 0;
    ......
    web_child( connfd );
    close( connfd );
  }
}




而在 领导者/追随者 模式中,同样是有一个队列的,不过不需要模式实现者显示构造,而是直接使用了操作系统底层的队列。

《unix网络编程》 一书的 “27.11 TCP 预先创建服务器线程,每个线程各自 accept ” 的例子中,就是直接使用了操作系统中关于 accept 的队列。这个例子可以认为是 领导者/追随者 模式的一个例子。

int listenfd;

int main( int argc, char * argv[] )
{
  ......
  listenfd = Tcp_listen( NULL, argv[ 1 ], &addrlen );
  ......
  for( int i = 0; i < nthreads; i++ ){
    pthread_create( &tptr[i].thread_tid, NULL, &thread_main, (void*)i );
  }
  ......
}

void * thread_main( void * arg )
{
  for( ; ; ){
    ......
    [b]// 多个线程同时阻塞在这个 accept 调用上,依靠操作系统的队列[/b]
    connfd = accept( listenfd, cliaddr, &clilen );
    ......
    web_child( connfd );
    close( connfd );
    ......
  }
}


当然,这里提到的操作系统的队列,在 半同步/半异步 模式中虽然没有明显地指出来,但只要是通过操作系统来做 accept ,那么在 半同步/半异步 模式中仍然会隐式地用到。

《POSA2》中,作者的评价:
因为半同步/半异步设计在 web 服务器虚拟内存而不是操作系统内核内排队请求,所以它更具伸缩性。


看了上面的代码之后,明白了为何 ACE 的作者在 《C++网络编程2》 中特意引用了一首诗来“表达我们对 Richard 之持久影响的看法”:

不是在悲哀的冥河之滨,也不是在遥远的
乐土般的平原的清辉中,我们将在死者中间
遇见那些我们一直是其学生的人 ... ...
我们还将相遇,分离,再相遇,
在死者们相遇的地方,在活着的人的唇上


关于不同的客户-服务器编程模型,在《unix网络编程》的 “第27章 客户-服务器程序的其他设计方法”中讨论得很充分,对每种模型的性能也做了很好的分析。
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