IO模型，非阻塞IO模型，select实现多路复用

1. IO阻塞模型

IO问题:

输入输出

我要一个用户名用来执行登陆操作,问题用户名需要用户输入,输入需要耗时, 如果输入没有完成,后续逻辑无法继续,所以默认的处理方式就是 等

将当前进程阻塞住,切换至其他进程执行,等到按下回车键,拿到了一个用户名,再唤醒刚才的进程,将状态调整为就绪态

 

以上处理方案 就称之为阻塞IO模型

 

存在的问题：

当执行到recv时,如果对象并没有发送数据,程序阻塞了,无法执行其他任务

解决方案:

1.1 多线程或多进程

当客户端并发量非常大的时候,服务器可能就无法开启新的线程或进程,如果不对数量加以限制 服务器就崩溃了

1.2 线程池或进程池

首先限制了数量 保证服务器正常运行,但是问题是,如果客户端都处于阻塞状态,这些线程也阻塞了

1.3 协程

使用一个线程处理所有客户端,当一个客户端处于阻塞状态时可以切换至其他客户端任务

 

2.非阻塞IO模型

阻塞IO模型在执行recv 和 accept 时 都需要经历wait_data

非阻塞IO即 在执行recv 和accept时 不会阻塞 可以继续往下执行

 

如何使用:

将server的blocking设置为False 即设置非阻塞

 

存在的问题 :

这样一来 你的进程 效率 非常高 没有任何的阻塞

很多情况下 并没有数据需要处理,但是我们的进程也需要不停的询问操作系统 会导致CPU占用过高

而且是无意义的占用

案例：使用server

import socket
import time

server = socket.socket()
server.bind(('192.168.13.29', 8080))
server.listen()
server.setblocking(False)  # 默认为阻塞，设置为False 表示非阻塞

# 用来存储客户端的列表
clients = []
# 用来存储需要发送的数据和客户端对象
msgs = []

# 链接客户端的循环
while True:
    try:
        client, addr = server.accept()  # 接收三次握手信息
        # 如果有人链接成功，那么就把客户端对象添加到列表
        clients.append(client)
    except BlockingIOError as e:
        # 实验效果，设置等待时间
        time.sleep(0.01)

        # 收取数据的操作，遍历客户端列表，此处因为如果客户端
        # 将链接断开，那么就不能存在列表中了，所以需要删除，
        # 而并不能在for 循环中不能操作原列表，所以切片，会得到一个新的列表
        for c in clients[:]:
            try:  # 可能这个客户端还没没有数据过来
                # 开始通讯任务
                data = c.recv(2048)
                if not data:
                    c.close()
                    # 如果客户端断开，会一直收空。所以直接删除该客户端
                    clients.remove(c)
                # c.send(data.upper()) # 此处如果这样写。如果缓存区满了，这个数据就丢了
                # 由于此处捕获了异常，所以因该单独来处理发送数据
                msgs.append((c, data))  # 将客户端对象与需要发送的信息以元祖的格式存放至字典中
            except BlockingIOError as e:
                pass
                # print('这个客户端还不需要处理。。。。')
            except ConnectionResetError:
                # 断开后删除这个客户端
                c.close()
                clients.remove(c)

            # 制作发送数据的操作
            # 遍历存放客户端对象与需要发送信息的列表，然后将信息发送给客户端
        for i in msgs[:]:
            try:
                c, msg = i  # 因为i存储的两个数据，是元祖，所以使用解压赋值
                c.send(msg.upper())
                msgs.remove(i)  # 如果发送成功！ 删除这个客户端对象与数据
            except BlockingIOError:
                pass

3.多路复用

案例： 使用select 模块

import socket
import time
import select

# 使用select模块来实现
server = socket.socket()
server.bind(('192.168.13.29', 8080))
server.listen()

'''
select需要三个参数
参数1：rlist 里面存储需要被检测是否可读(是否可以执行recv)的socket对象
参数2：wlist 里面存储需要被检测是否可写(是否可以执行send)的socket对象
参数3：xlist存储你需要关注异常条件，忽略即可
参数4：timeout 检测超时时间，一段时间后还是没有可以被处理的socket 那就返回空列表
返回值： 三个列表
1. 已经有数据到达的socket对象
2. 可以发送数据的socket对象
3.忽略。。。。。
'''
# 此处之所以添加server 是把server添加到select中检测是否有用户连接
rlist = [server, ]

# 存储要发送的数据和socket
wlist = []

# 要发送的数据和客户端的socket
msgs = []

while True:
    # 传入select所需的三个参数,返回的是有数据到达，或者可以发送数据的socket对象
    ras, was, _ = select.select(rlist, wlist, [])  # 阻塞直到socket可读或是可写
    # 处理可读的socket
    for s in ras:
        # 判断列表中的s等于服务器的对象，那么就进行三次握手
        if s == server:
            client, addr = server.accept()
            # 然后将客户端的套接字对象添加到rlist列表中
            rlist.append(client)
        else:
            # 如果是客户端套接字对象
            try:
                # 那么就收数据
                data = s.recv(2048)
                if not data:
                    raise ConnectionResetError()
                # 将客户端套接字对象存入待检测的wlist列表中
                wlist.append(s)
                # 将客户端套接字的对象与要发送的数据添加到msgs列表中
                msgs.append((s, data))
            except ConnectionResetError:
                s.close()
                rlist.remove(s)
                if s in wlist: wlist.remove(s)
    # 处理可写的socket,遍历检测后的was，
    for s in was:
        # 再遍历要发送的数据列表
        for msg in msgs[:]:
            # 如果需要发送的客户端等于需要发送数据的客户端
            if msg[0] == s:
                # 就将数据发送给这个客户端
                s.send(msg[1].upper())
                # 发送成功之后，删除已经无用的数据，并且需要将socket从wlist列表中删除
                # 不删除会造成死循环，因为socket一直处于可写状态
                msgs.remove(msg)
                wlist.remove(s)