非阻塞io 阻塞IO与非IO

历史频道 2020-07-3194未知admin

  lk1822791193:[reply][/reply]可以这么理解,非阻塞之所以可以直接运行是由于他一直在自旋查询数据是否准备好了。

  :[reply]lk1822791193[/reply]阻塞的IO等到数据准备好后,解除阻塞,等待调度;非阻塞的IO在数据准备好后,直接可以继续运行了。非阻塞io是这个意思么

  在《Unix网络编程》一书中提到了五种IO模型,分别是:阻塞IO、非阻塞IO、多复用IO、驱动IO以及异步IO。

  当用户线程发出IO请求之后,内核会去查看数据是否就绪,如果没有就绪就会等待数据就绪,而用户线程就会处于阻塞状态,用户线程交出CPU。当数据就绪之后,内核会将数据拷贝到用户线程,并返回结果给用户线程,用户线程才解除block状态。

  当用户线程发起一个rd操作后,并不需要等待,而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个error时,它就知道数据还没有准备好,于是它可以再次发送rd操作。一旦内核中的数据准备好了,并且又再次收到了用户线程的请求,那么它马上就将数据拷贝到了用户线程,然后返回。

  所以事实上,在非阻塞IO模型中,用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪,也就说非阻塞IO不会交出CPU,而会一直占用CPU。

  但是对于非阻塞IO就有一个非常严重的问题,在while循环中需要不断地去询问内核数据是否就绪,这样会导致CPU占用率非常高,因此一般情况下很少使用while循环这种方式来读取数据。

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  在多复用IO模型中,会有一个线程不断去轮询多个socket的状态,只有当socket真正有读写事件时,才真正调用实际的IO读写操作。因为在多复用IO模型中,只需要使用一个线程就可以管理多个socket,系统不需要建立新的进程或者线程,也不必这些线程和进程,并且只有在真正有socket读写事件进行时,才会使用IO资源,所以它大大减少了资源占用。

  在Java NIO中,是通过selector.select()去查询每个通道是否有到达事件,如果没有事件,则一直阻塞在那里,因此这种方式会导致用户线程的阻塞。

  哥白尼所宣布的是一个巨大的学说体系的轮廓,它在参加的朋友中间引起了许多争论。哥白尼对许多疑问都作了解答。在结束辩论的时候,他引用了古罗马大诗人西塞罗的话:“没有什么东西赶得上的完整,赶得上德行的。”他用这句话表明了一具,那就是:是完整的、对称的、和谐的,是具有可以理解的规律和秩序的。

  也许有朋友会说,我可以采用 多线程+ 阻塞IO 达到类似的效果,但是由于在多线程 + 阻塞IO 中,每个socket对应一个线程,这样会造成很大的资源占用,并且尤其是对于长连接来说,线程的资源一直不会,如果后面陆续有很多连接的话,就会造成性能上的瓶颈。

  而多复用IO模式,通过一个线程就可以管理多个socket,只有当socket真正有读写事件发生才会占用资源来进行实际的读写操作。因此,多复用IO比较适合连接数比较多的情况。

  另外多复用IO为何比非阻塞IO模型的效率高是因为在非阻塞IO中,不断地询问socket状态是通过用户线程去进行的,而在多复用IO中,轮询每个socket状态是内核在进行的,这个效率要比用户线程要高的多。

  不过要注意的是,多复用IO模型是通过轮询的方式来检测是否有事件到达,并且对到达的事件逐一进行响应。因此对于多复用IO模型来说,一旦事件响应体很大,那么就会导致后续的事件迟迟得不到处理,并且会影响新的事件轮询。

  在驱动IO模型中,当用户线程发起一个IO请求操作,会给对应的socket一个函数,然后用户线程会继续执行,当内核数据就绪时会发送一个给用户线程,用户线程接收到之后,便在函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。

  异步IO模型才是最理想的IO模型,在异步IO模型中,当用户线程发起rd操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面,从内核的角度,当它收到一个asynchronous rd之后,它会立刻返回,说明rd请求已经成功发起了,因此不会对用户线程产生任何block。然后,内核会等待数据准备完成,然后将数据拷贝到用户线程,当这一切都完成之后,内核会给用户线程发送一个,告诉它rd操作完成了。也就说用户线程完全不需要知道实际的整个IO操作是如何进行的,只需要先发起一个请求,当接收内核返回的成功时表示IO操作已经完成,可以直接去使用数据了。

  也就说在异步IO模型中,IO操作的两个阶段都不会阻塞用户线程,这两个阶段都是由内核自动完成,然后发送一个告知用户线程操作已完成。用户线程中不需要再次调用IO函数进行具体的读写。这点是和驱动模型有所不同的,在驱动模型中,当用户线程接收到表示数据已经就绪,然后需要用户线程调用IO函数进行实际的读写操作;而在异步IO模型中,收到表示IO操作已经完成,不需要再在用户线程中调用iO函数进行实际的读写操作。

  注意,异步IO是需要操作系统的底层支持,在Java 7中,提供了Asynchronous IO。

  前面四种IO模型实际上都属于同步IO,只有最后一种是真正的异步IO,因为无论是多复用IO还是驱动模型,IO操作的第2个阶段都会引起用户线程阻塞,也就是内核进行数据拷贝的过程都会让用户线、两种高性能IO设计模式

  在传统的网络服务设计模式中,有两种比较经典的模式:一种是 多线程,一种是线程池。对于多线程模式,也就说来了client,服务器就会新建一个线程来处理该client的读写事件,如下图所示:

  

  这种模式虽然处理起来简单方便,但是由于服务器为每个client的连接都采用一个线程去处理,使得资源占用非常大。因此,当连接数量达到上限时,再有用户请求连接,直接会导致资源瓶颈,严重的可能会直接导致服务器崩溃。

  因此,为了解决这种一个线程对应一个客户端模式带来的问题,提出了采用线程池的方式,也就说创建一个固定大小的线程池,非阻塞io来一个客户端,就从线程池取一个空闲线程来处理,当客户端处理完读写操作之后,就交出对线程的占用。因此这样就避免为每一个客户端都要创建线程带来的资源浪费,使得线程可以重用。

  但是线程池也有它的弊端,如果连接大多是长连接,因此可能会导致在一段时间内,线程池中的线程都被占用,那么当再有用户请求连接时,由于没有可用的空闲线程来处理,就会导致客户端连接失败,从而影响用户体验。因此,线程池比较适合大量的短连接应用。

  在Rctor模式中,会先对每个client感兴趣的事件,然后有一个线程专门去轮询每个client是否有事件发生,当有事件发生时,便顺序处理每个事件,当所有事件处理完之后,便再转去继续轮询,如下图所示:

  

  从这里可以看出,的五种IO模型中的多复用IO就是采用Rctor模式。注意,的图中展示的 是顺序处理每个事件,当然为了提高事件处理速度,可以通过多线程或者线程池的方式来处理事件。

  八达岭长城第八段是好汉坡,所谓不到长城非好汉,好汉坡是八达岭长城必去之地。好汉坡是八达岭长城的最高点海拔米,在北8楼。

  在Proactor模式中,当检测到有事件发生时,会新起一个异步操作,然后交由内核线程去处理,当内核线程完成IO操作之后,发送一个通知告知操作已完成,可以得知,异步IO模型采用的就是Proactor模式。

  之前,我们先来了解一下多线程间一个重要的概念——临界区。临界区——一种公有的资源或者共享数据,它可以被多个线程使用。临界区资源一次只能被一个线程使用,其它线程必须等待上一个线程执行完成之后,才能使用。临界区资源是多线程之间重要对象,当临界区资源同时被多个线程访问时,容易出现错误。代码示例:/** * @author php * @date 2018/7/2 */pub......

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