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  • python学记笔记 2 异步IO

    在IO编程中,我们知道CPU的速度远远快于磁盘,网络IO,在一个线程中,CPU执行速度的代码非常快,然而遇到IO操作就需要阻塞

    需要等待IO操作完成才能继续下一步的动作。这种情况叫做同步IO

    在IO操作的过程中,当前线程被挂起,而其他需要CPU执行的代码就无法被当前线程执行。

    因为一个IO阻塞了当前线程,导致后边的代码无法运行,我们必须使用多线程或者多进程来并发执行代码,为多个用户服务,

    每个用户分配一个线程,如果遇到IO导致线程被挂起,其他用户的县城不受影响

    多线程和多进程模型确实解决了并发问题,但是系统不能无上限的只能加线程,线程间切换的开销也很大,当有很多线程时候,CPU的

    时间就花在线程切换上,真正运行代码的时间就减少了。结果导致性能严重下降。

    由于我们要解决的问题是CPU告诉执行能力和IO设备的龟速严重不匹配,多线程和多进程只是一种方法。

    另一种方法是异步IO,当代码需要执行一个耗时的IO操作的时候,它执法处IO指令并不等待IO结果,然后去执行其他代码,

    一端时间后IO操作完成会通知相关线程CPU在进行处理

    普通的代码至无法完成异步IO的。

    do_some_code()
    f = open('/path/to/file', 'r')
    r = f.read() # <== 线程停在此处等待IO操作结果
    # IO操作完成后线程才能继续执行:
    do_some_code(r)

    所以,同步IO的模型是无法实现异步IO模型的。

    异步IO模型需要一个消息循环,在消息循环中,主线程不断的重复读取消息处理消息这个过程

    loop = get_event_loop()
    while True:
        event = loop.get_event()
        process_event(event)

    消息模型其实早在应用在桌面应用程序中了。一个GUI程序的主线程就负责不停地读取消息并处理消息。所有的键盘、鼠标等消息都被发送到GUI程序的消息队列中,然后由GUI程序的主线程处理。

    由于GUI线程处理键盘、鼠标等消息的速度非常快,所以用户感觉不到延迟。某些时候,GUI线程在一个消息处理的过程中遇到问题导致一次消息处理时间过长,此时,用户会感觉到整个GUI程序停止响应了,敲键盘、点鼠标都没有反应。这种情况说明在消息模型中,处理一个消息必须非常迅速,否则,主线程将无法及时处理消息队列中的其他消息,导致程序看上去停止响应。

    消息模型是如何解决同步IO必须等待IO操作这一问题的呢?当遇到IO操作时,代码只负责发出IO请求,不等待IO结果,然后直接结束本轮消息处理,进入下一轮消息处理过程。当IO操作完成后,将收到一条“IO完成”的消息,处理该消息时就可以直接获取IO操作结果。

    在“发出IO请求”到收到“IO完成”的这段时间里,同步IO模型下,主线程只能挂起,但异步IO模型下,主线程并没有休息,而是在消息循环中继续处理其他消息。这样,在异步IO模型下,一个线程就可以同时处理多个IO请求,并且没有切换线程的操作。对于大多数IO密集型的应用程序,使用异步IO将大大提升系统的多任务处理能力



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