异步非阻塞

首先讨论下使用事件驱动,异步编程的优点:

充分利用了系统资源,执行代码无须阻塞等待某种操作完成,有限的资源可以用于其他的任务。其非常适合于后端的网络服务编程。

在服务器开发中,并发的请求处理是个大问题,阻塞式的函数会导致资源浪费和时间延迟。通过事件注册、异步函数,开发人员可以提高资源的利用率,性能也会改善。其nginx和node.js处理并发都是采用的事件驱动异步非阻塞模式。其中nginx中处理并发用的是epoll,poll,queue等方式,node.js使用的是libev,它们对大规模的HTTP请求处理的都很好。

阻塞

《node.js开发指南》是这样定义的:线程在执行中如果遇到(I/O 操作)如磁盘读写或网络通信,通常要耗费较长的时间,这时操作系统会剥夺这个线程的 CPU 控制权,使其暂停执行,同时将资源让给其他的工作线程,这种线程调度方式称为 阻塞。当 I/O 操作完毕时,操作系统将这个线程的阻塞状态解除,恢复其对CPU的控制权,令其继续执行。这种 I/O 模式就是通常的同步式 I/O(Synchronous I/O)或阻塞式 I/O(Blocking I/O)。

  阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来,实际上它们是不同的。对于同步调用来说,很多时候当前线程还是激活的,只是从逻辑上当前函数没有返回而已。例如,我们在CSocket中调用Receive函数,如果缓冲区中没有数据,这个函数就会一直等待,直到有数据才返回。而此时,当前线程还会继续处理各种各样的消息。如果主窗口和调用函数在同一个线程中,除非你在特殊的界面操作函数中调用,其实主界面还是应该可以刷新。socket接收数据的另外一个函数recv则是一个阻塞调用的例子。当socket工作在阻塞模式的时候, 如果没有数据的情况下调用该函数,则当前线程就会被挂起,直到有数据为止。

非阻塞

非阻塞是这样定义的,当线程遇到 I/O 操作时,不会以阻塞的方式等待 I/O 操作的完成或数据的返回,而只是将 I/O 请求发送给操作系统,继续执行下一条语句。当操作系统完成 I/O 操作时,以事件的形式通知执行 I/O 操作的线程,线程会在特定时候处理这个事件。

对比阻塞与非阻塞

阻塞模式下,一个线程只能处理一项任务,要想提高吞吐量必须通过多线程。

非阻塞模式下,一个线程永远在执行计算操作,这个线程所使用的 CPU 核心利用率永远是 100%,I/O 以事件的方式通知。

在阻塞模式下,多线程往往能提高系统吞吐量,因为一个线程阻塞时还有其他线程在工作,多线程可以让 CPU 资源不被阻塞中的线程浪费。

而在非阻塞模式下,线程不会被 I/O 阻塞,永远在利用 CPU。多线程带来的好处仅仅是在多核 CPU 的情况下利用更多的核。

来看看《深入浅出Node.js》对异步I/O的解释,在操作系统中,程序运行的空间分为内核空间和用户空间。我们常常提起的异步I/O,其实质是用户空间中的程序不用依赖内核空间中的I/O操作实际完成,即可进行后续任务。

I/O的阻塞与非阻塞的解释

阻塞模式的I/O会造成应用程序等待,直到I/O完成。同时操作系统也支持将I/O操作设置为非阻塞模式,这时应用程序的调用将可能在没有拿到真正数据时就立即返回了,为此应用程序需要多次调用才能确认I/O操作完全完成。

I/O的同步与异步I/O的同步与异步出现在应用程序中。如果做阻塞I/O调用,应用程序等待调用的完成的过程就是一种同步状况。相反,I/O为非阻塞模式时,应用程序则是异步的。

参照《node.js入门经典》中对同步的解释,同步的代码意味着每一次执行一个操作,在一个操作完成之前,代码的执行会被阻塞,无法移到下一个操作上。也就是说代码的执行会在函数返回前停止。直到函数返回后,代码才会继续执行。

相反,异步就意味着函数的执行无需等待某个操作的结果就可以继续执行,其操作的结果会在事件发生时由回调来处理。

异步I/O优缺点

使用同步IO,它的优点是可以使程序调试方便,但是它的缺点也是明显的,程序的执行过程中如果入到一些耗时的IO操作,程序的执行都要等待该IO的完成,在这个等待的过程中,程序无法充分利用CPU,导致了CPU的闲置,为了充分利用CPU,和IO并行操作,常用的方法有2中:

(1)多线程单进程

多线程的设计之处就是为了在共享的程序空间中,实现并行处理任务,从而达到充分利用CPU的效果。

多线程缺点:

其一、执行时(线程切换)上下文交换的开销较大,一个线程大约需要2M的内存空间,占用资源较大。

其二、状态同步(锁)的问题,它也使得程序的编写和调用复杂化。

(2)单线程多进程

为了避免多线程造成的使用不便问题,有的语言选择了单线程保持调用简单化,采用启动多进程的方式来达到充分利用CPU和提升总体的并行处理能力。它的缺点在于业务逻辑复杂时(涉及多个I/O调用),因为业务逻辑不能分布到多个进程之间,事务处理时长要远远大于多线程模式。

异步I/O与轮询技术

当进行非阻塞I/O调用时,要读到完整的数据,应用程序需要进行多次轮询,才能确保读取数据完成,以进行下一步的操作。轮询技术的缺点在于应用程序要主动调用,会造成占用较多CPU时间片,性能较为低下。现存的轮询技术有以下这些: read、select、poll、epoll、pselect、kqueue

read是性能最低的一种,它通过重复调用来检查I/O的状态来完成完整数据读取。

select是一种改进方案,通过对文件描述符上的事件状态来进行判断。

操作系统还提供了poll、epoll等多路复用技术来提高性能。

轮询技术满足了异步I/O确保获取完整数据的保证。但是对于应用程序而言,它仍然只能算时一种同步,因为应用程序仍然需要主动去判断I/O的状态,依旧花费了很多CPU时间来等待。上一种方法重复调用read进行轮询直到最终成功,用户程序会占用较多CPU,性能较为低下。而实际上操作系统提供了select方法来代替这种重复read轮询进行状态判断。select内部通过检查文件描述符上的事件状态来进行判断数据是否完全读取。但是对于应用程序而言它仍然只能算是一种同步,因为应用程序仍然需要主动去判断I/O的状态,依旧花费了很多CPU时间等待,select也是一种轮询。

理想的异步I/O模型

理想的异步I/O应该是应用程序发起异步调用,而不需要进行轮询,进而处理下一个任务,只需在I/O完成后通过信号或是回调将数据传递给应用程序即可。

暂时就整理这么多吧,感觉好多看过的东西都忘记了,回头会写一篇关于epoll使用的详细例子,该例子支持2W并发是通过的。哎,今天状态不好,写的不好,本打算自己多加点什么的,结果都是参考别人的,如有错误请大家指正,谢谢。

参考资料:

  http://blog.csdn.net/feitianxuxue

  http://www.cnblogs.com/linjiqin/p/4472367.html

时间: 2024-10-12 08:34:50

异步非阻塞的相关文章

爬虫必备—性能相关(异步非阻塞)

在编写爬虫时,性能的消耗主要在IO请求中,当单进程单线程模式下请求URL时必然会引起等待,从而使得请求整体变慢. 1. 同步执行 1 import requests 2 3 def fetch_async(url): 4 response = requests.get(url) 5 return response 6 7 8 url_list = ['http://www.github.com', 'http://www.bing.com'] 9 10 for url in url_list:

nodejs的异步非阻塞IO

简单表述一下:发启向系统IO操作请求,系统使用线程池IO操作,执行完放到事件队列里,node主线程轮询事件队列,读取结果与调用回调.所以说node并非真的单线程,还是使用了线程池的多线程. 上个图看看吧 举一反三:所有的异步非阻塞思路都类似,如:nginx,python的模拟异步非阻塞,还有java的nio.C#的 EAP

Nginx:异步非阻塞IO

在使用socket编程中,经常会看到阻塞.非阻塞.同步.异步,那么它们之间到底有什么关系跟区别呢? 本次将那Nginx的异步非阻塞的事件驱动模型来解释一下它们之间的关系. 阻塞IO 在linux中,默认所有socket都是阻塞的. 这意味着使用该socket调用诸如recv的函数时,在没有数据到达之前,该函数将不会返回,导致线程被阻塞,直到数据到达. 非阻塞IO 我们可以使用fcntl把socket设置为非阻塞的. 这意味着使用该socket调用诸如recv的函数时,该函数将立刻返回,可以根据返

200行自定义异步非阻塞Web框架

Python的Web框架中Tornado以异步非阻塞而闻名.本篇将使用200行代码完成一个微型异步非阻塞Web框架:Snow. 一.源码 本文基于非阻塞的Socket以及IO多路复用从而实现异步非阻塞的Web框架,其中便是众多异步非阻塞Web框架内部原理. #!/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- import re import socket import select import time class HttpResponse(object)

node 单线程异步非阻塞

链接:http://www.runoob.com/nodejs/nodejs-callback.html 首先什么是单线程异步非阻塞? 单线程的意思整个程序从头到尾但是运用一个线程,程序是从上往下执行的.异步操作就是程序虽然是从上到下执行的,但是某个函数执行时间过长时并不会阻塞在那里等待它执行完,然后在执行下面的代码.非阻塞也就是这个意思. 为什么node是异步非阻塞的呢,得力于回调函数,还有js中的定时器也是经典的异步操作. ###4.1 Node.js异步机制 由于异步的高效性,node.j

转一贴,今天实在写累了,也看累了--【Python异步非阻塞IO多路复用Select/Poll/Epoll使用】

下面这篇,原理理解了, 再结合 这一周来的心得体会,整个框架就差不多了... http://www.haiyun.me/archives/1056.html 有许多封装好的异步非阻塞IO多路复用框架,底层在linux基于最新的epoll实现,为了更好的使用,了解其底层原理还是有必要的.下面记录下分别基于Select/Poll/Epoll的echo server实现.Python Select Server,可监控事件数量有限制: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

nginx学习(二)——基础概念之异步非阻塞

上面讲了很多关于nginx的进程模型,接下来,我们来看看nginx是如何处理事件的. 有人可能要问了,nginx采用多worker的方式来处理请求,每个worker里面只有一个主线程,那能够处理的并发数很有限啊,多少个worker就能处理多少个并发,何来高并发呢?非也,这就是nginx的高明之处,nginx采用了异步非阻塞的方式来处理请求,也就是说,nginx是可以同时处理成千上万个请求的.想想apache的常用工作方式(apache也有异步非阻塞版本,但因其与自带某些模块冲突,所以不常用),每

使用tornado让你的请求异步非阻塞

http://www.dongwm.com/archives/shi-yong-tornadorang-ni-de-qing-qiu-yi-bu-fei-zu-sai/?utm_source=tuicool&utm_medium=referral 前言 也许有同学很迷惑:tornado不是标榜异步非阻塞解决10K问题的嘛?但是我却发现不是torando不好,而是你用错了.比如最近发现一个事情:某网站打开页面很慢,服务器cpu/内存都正常.网络状态也良好. 后来发现,打开页面会有很多请求后端数据库

异步非阻塞IO的Python Web框架--Tornado

Tornado的全称是Torado Web Server,从名字上就可知它可用作Web服务器,但同时它也是一个Python Web的开发框架.最初是在FriendFeed公司的网站上使用,FaceBook收购之后便进行了开源. 作为Web框架,是一个轻量级的Web框架,类似于另一个Python web 框架Web.py,其拥有异步非阻塞IO的处理方式. 作为Web服务器,Tornado有较为出色的抗负载能力,官方用nginx反向代理的方式部署Tornado和其它Python web应用框架进行对