论事件驱动与异步IO

通常,我们写服务器处理模型的程序时,有以下几种模型:
(1)每收到一个请求,创建一个新的进程,来处理该请求;
(2)每收到一个请求,创建一个新的线程,来处理该请求;
(3)每收到一个请求,放入一个事件列表,让主进程通过非阻塞I/O方式来处理请求
上面的几种方式,各有千秋,
第(1)中方法,由于创建新的进程的开销比较大,所以,会导致服务器性能比较差,但实现比较简单。
第(2)种方式,由于要涉及到线程的同步,有可能会面临死锁等问题。
第(3)种方式,在写应用程序代码时,逻辑比前面两种都复杂。
综合考虑各方面因素,一般普遍认为第(3)种方式是大多数网络服务器采用的方式

看图说话讲事件驱动模型

在UI编程中,常常要对鼠标点击进行相应,首先如何获得鼠标点击呢?
方式一:创建一个线程,该线程一直循环检测是否有鼠标点击,那么这个方式有以下几个缺点
1. CPU资源浪费,可能鼠标点击的频率非常小,但是扫描线程还是会一直循环检测,这会造成很多的CPU资源浪费;如果扫描鼠标点击的接口是阻塞的呢?
2. 如果是堵塞的,又会出现下面这样的问题,如果我们不但要扫描鼠标点击,还要扫描键盘是否按下,由于扫描鼠标时被堵塞了,那么可能永远不会去扫描键盘;
3. 如果一个循环需要扫描的设备非常多,这又会引来响应时间的问题;
所以,该方式是非常不好的。

方式二:就是事件驱动模型
目前大部分的UI编程都是事件驱动模型,如很多UI平台都会提供onClick()事件,这个事件就代表鼠标按下事件。事件驱动模型大体思路如下:
1. 有一个事件(消息)队列;
2. 鼠标按下时,往这个队列中增加一个点击事件(消息);
3. 有个循环,不断从队列取出事件,根据不同的事件,调用不同的函数,如onClick()、onKeyDown()等;
4. 事件(消息)一般都各自保存各自的处理函数指针,这样,每个消息都有独立的处理函数;

 

 

事件驱动编程是一种编程范式,这里程序的执行流由外部事件来决定。它的特点是包含一个事件循环,当外部事件发生时使用回调机制来触发相应的处理。另外两种常见的编程范式是(单线程)同步以及多线程编程。

让我们用例子来比较和对比一下单线程、多线程以及事件驱动编程模型。下图展示了随着时间的推移,这三种模式下程序所做的工作。这个程序有3个任务需要完成,每个任务都在等待I/O操作时阻塞自身。阻塞在I/O操作上所花费的时间已经用灰色框标示出来了。

在单线程同步模型中,任务按照顺序执行。如果某个任务因为I/O而阻塞,其他所有的任务都必须等待,直到它完成之后它们才能依次执行。这种明确的执行顺序和串行化处理的行为是很容易推断得出的。如果任务之间并没有互相依赖的关系,但仍然需要互相等待的话这就使得程序不必要的降低了运行速度。

在多线程版本中,这3个任务分别在独立的线程中执行。这些线程由操作系统来管理,在多处理器系统上可以并行处理,或者在单处理器系统上交错执行。这使得当某个线程阻塞在某个资源的同时其他线程得以继续执行。与完成类似功能的同步程序相比,这种方式更有效率,但程序员必须写代码来保护共享资源,防止其被多个线程同时访问。多线程程序更加难以推断,因为这类程序不得不通过线程同步机制如锁、可重入函数、线程局部存储或者其他机制来处理线程安全问题,如果实现不当就会导致出现微妙且令人痛不欲生的bug。

在事件驱动版本的程序中,3个任务交错执行,但仍然在一个单独的线程控制中。当处理I/O或者其他昂贵的操作时,注册一个回调到事件循环中,然后当I/O操作完成时继续执行。回调描述了该如何处理某个事件。事件循环轮询所有的事件,当事件到来时将它们分配给等待处理事件的回调函数。这种方式让程序尽可能的得以执行而不需要用到额外的线程。事件驱动型程序比多线程程序更容易推断出行为,因为程序员不需要关心线程安全问题。

当我们面对如下的环境时,事件驱动模型通常是一个好的选择:

  1. 程序中有许多任务,而且…
  2. 任务之间高度独立(因此它们不需要互相通信,或者等待彼此)而且…
  3. 在等待事件到来时,某些任务会阻塞。

当应用程序需要在任务间共享可变的数据时,这也是一个不错的选择,因为这里不需要采用同步处理。

网络应用程序通常都有上述这些特点,这使得它们能够很好的契合事件驱动编程模型。

 

此处要提出一个问题,就是,上面的事件驱动模型中,只要一遇到IO就注册一个事件,然后主程序就可以继续干其它的事情了,只到io处理完毕后,继续恢复之前中断的任务,这本质上是怎么实现的呢?哈哈,下面我们就来一起揭开这神秘的面纱。。。。

 

 

Select\Poll\Epoll异步IO 

http://www.cnblogs.com/alex3714/p/4372426.html 

番外篇 http://www.cnblogs.com/alex3714/articles/5876749.html

select 多并发socket 例子

复制代码
#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Alex Li'

import select
import socket
import sys
import queue


server = socket.socket()
server.setblocking(0)

server_addr = ('localhost',10000)

print('starting up on %s port %s' % server_addr)
server.bind(server_addr)

server.listen(5)


inputs = [server, ] #自己也要监测呀,因为server本身也是个fd
outputs = []

message_queues = {}

while True:
    print("waiting for next event...")

    readable, writeable, exeptional = select.select(inputs,outputs,inputs) #如果没有任何fd就绪,那程序就会一直阻塞在这里

    for s in readable: #每个s就是一个socket

        if s is server: #别忘记,上面我们server自己也当做一个fd放在了inputs列表里,传给了select,如果这个s是server,代表server这个fd就绪了,
            #就是有活动了, 什么情况下它才有活动? 当然 是有新连接进来的时候 呀
            #新连接进来了,接受这个连接
            conn, client_addr = s.accept()
            print("new connection from",client_addr)
            conn.setblocking(0)
            inputs.append(conn) #为了不阻塞整个程序,我们不会立刻在这里开始接收客户端发来的数据, 把它放到inputs里, 下一次loop时,这个新连接
            #就会被交给select去监听,如果这个连接的客户端发来了数据 ,那这个连接的fd在server端就会变成就续的,select就会把这个连接返回,返回到
            #readable 列表里,然后你就可以loop readable列表,取出这个连接,开始接收数据了, 下面就是这么干 的

            message_queues[conn] = queue.Queue() #接收到客户端的数据后,不立刻返回 ,暂存在队列里,以后发送

        else: #s不是server的话,那就只能是一个 与客户端建立的连接的fd了
            #客户端的数据过来了,在这接收
            data = s.recv(1024)
            if data:
                print("收到来自[%s]的数据:" % s.getpeername()[0], data)
                message_queues[s].put(data) #收到的数据先放到queue里,一会返回给客户端
                if s not  in outputs:
                    outputs.append(s) #为了不影响处理与其它客户端的连接 , 这里不立刻返回数据给客户端


            else:#如果收不到data代表什么呢? 代表客户端断开了呀
                print("客户端断开了",s)

                if s in outputs:
                    outputs.remove(s) #清理已断开的连接

                inputs.remove(s) #清理已断开的连接

                del message_queues[s] ##清理已断开的连接


    for s in writeable:
        try :
            next_msg = message_queues[s].get_nowait()

        except queue.Empty:
            print("client [%s]" %s.getpeername()[0], "queue is empty..")
            outputs.remove(s)

        else:
            print("sending msg to [%s]"%s.getpeername()[0], next_msg)
            s.send(next_msg.upper())


    for s in exeptional:
        print("handling exception for ",s.getpeername())
        inputs.remove(s)
        if s in outputs:
            outputs.remove(s)
        s.close()

        del message_queues[s]
复制代码

复制代码
#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Alex Li'


import socket
import sys

messages = [ b'This is the message. ',
             b'It will be sent ',
             b'in parts.',
             ]
server_address = ('localhost', 10000)

# Create a TCP/IP socket
socks = [ socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),
          socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),
          ]

# Connect the socket to the port where the server is listening
print('connecting to %s port %s' % server_address)
for s in socks:
    s.connect(server_address)

for message in messages:

    # Send messages on both sockets
    for s in socks:
        print('%s: sending "%s"' % (s.getsockname(), message) )
        s.send(message)

    # Read responses on both sockets
    for s in socks:
        data = s.recv(1024)
        print( '%s: received "%s"' % (s.getsockname(), data) )
        if not data:
            print(sys.stderr, 'closing socket', s.getsockname() )
复制代码

 

 

selectors模块

This module allows high-level and efficient I/O multiplexing, built upon the select module primitives. Users are encouraged to use this module instead, unless they want precise control over the OS-level primitives used.

import selectors

import socket

 

sel = selectors.DefaultSelector()

 

def accept(sock, mask):

    conn, addr = sock.accept()  # Should be ready

    print('accepted', conn, 'from', addr)

    conn.setblocking(False)

    sel.register(conn, selectors.EVENT_READ, read)

 

def read(conn, mask):

    data = conn.recv(1000)  # Should be ready

    if data:

        print('echoing'repr(data), 'to', conn)

        conn.send(data)  # Hope it won't block

    else:

        print('closing', conn)

        sel.unregister(conn)

        conn.close()

 

sock = socket.socket()

sock.bind(('localhost'10000))

sock.listen(100)

sock.setblocking(False)

sel.register(sock, selectors.EVENT_READ, accept)

 

while True:

    events = sel.select()

    for key, mask in events:

        callback = key.data

        callback(key.fileobj, mask)

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