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  • 2021-12-31 09:31:39

    利用@注解函数名(装饰器),可实现简单的异步非阻塞。上代码:

    # -*- coding:utf-8 -*-
    import time
    from threading import Thread
    
    
    class Async:
        """
        使用装饰器实现多线程的异步非阻塞
        """
    
        def start_async(*args):
            fun = args[0]
    
            def start_thread(*args, **kwargs):
                """
                启动线程(内部方法)
                """
                t = Thread(target=fun, args=args, kwargs=kwargs)
                t.start()
    
            return start_thread
    
        @start_async
        def new_thread(*args):
            while 1:
                print("这里是阻塞的死循环...")
                time.sleep(1)
    
    
    if __name__ == '__main__':
        # 启动异步线程
        Async().new_thread()
        # 主线程
        t0 = time.time()
        while time.time() - t0 < 1000:
            time.sleep(3)
            print("主进程...")
    

    运行结果:

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    先验知识

      在解释这几个概念之前,需要注意的是:

    • 首先需要知道操作系统层面的同步、异步、阻塞这几个概念的含义。关于这方面的内容,可见笔者的另一篇博客:

      同步与异步、并行与并发、阻塞与挂起:
      https://blog.csdn.net/wangpaiblog/article/details/116114098

    • 本文解释的概念至少适用于编程语言层面,但不适用于操作系统层面。原因是,在软件工程中,任何设计都可以进行分层封装。其中,每个中间层的设计对上层与下层来说都是透明的。因此,编程语言层面的“同步、异步、阻塞”与操作系统层面的没有必然联系。

    • 有人喜欢对“同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞”的概念,首先区分发送方和接收方,但实际上,无论是发送还是接收,本质上都是一种“请求”的过程,如果不在操作系统层面进行分析,区分这两者实无必要。

    • 同步、异步是针对个任务(此任务不同于操作系统理论中的作业、进程等,指的只是一个线程中要做的一件事情。本文中的任务都指的是这个。)来说的,其中一个任务为一开始就在执行、所主要关注的,称为主任务,而另一个是与主任务相关的一个任务,称为相关任务。当主任务与相关任务分别位于不同的线程时,称该线程分别为主线程、相关线程。

    • 阻塞是针对主任务所在的线程来说的。当主任务和相关任务位于同一个线程时,不存在“阻塞”,即此情况下不存在同步阻塞、异步阻塞。

      但对于下面的情况,主任务和相关任务一定位于不同的线程:

      • 主任务发起的是 I/O 请求

      • 主任务发起的是网络请求

    • 请求是一个期望获得资源的行为,而“同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞”描述的是获得期望资源之前的行为,而不是其之后的行为。这四个概念中的“阻塞”不描述在获得资源之后主线程的程序走向。

    此处的异步指的是什么

      首先需要明白,无论是对“异步”还是“非阻塞”的主线程,都不可能凭空接收到外界、执行没有事先设置的程序。而之所以主线程的行为会受到相关线程的影响,是因为主线程会周期性地调用一种“请求”函数,而此“请求”函数的行为会受相关线程的影响。

      其次,对于操作系统,只要其启动,就一直在运行程序。如果没有显式的进程,就运行一个默认的空进程。另外,编程人员不可能事先预计用户本次对本软件的使用时长,然后在软件中设置一个运行时间与其正好相等的一种任务。这就是说,线程在执行时,实际上是在无限循环、周期性地执行一系列任务。于是,可以在每个任务之间插入一个中断点,用于执行额外的操作(任务),以实现对其它线程的交互,这就是异步操作。理由是,中断点之前的任务都已经完成,而任务之间本是不应有任务的(因为任务之间的部分属于空档,没有任何东西),因此,任务之间的中断点是由中断点之前的某任务插入的。由于某种原因,该任务并不想马上执行某操作,而是选择将其移至一系列任务执行完之后的某个任务之间的空档来执行,因此称为异步操作。

    同步、异步、阻塞、非阻塞

      前面已经指出了关键性的知识点,下面将直接给“同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞”的概念。为了更好的说明,笔者做了一张图,如下:

    在这里插入图片描述

      对于主线程上执行的一系列任务,如果其中的某个任务需要与相关线程交互,当其立即暂时当前的任务而发起请求,这称为同步;当该任务将请求的时间安排到某任务完成之后再发起,这称为异步。当发起请求时,直至获得完整的资源之后,不会继续执行现在或之后的任务,这称为阻塞;当发起请求时,立即获得瞬时的结果,然后继续执行现在或之后的任务,如果获得的瞬时资源不是完整的资源,将之后周期性发送类似的请求,直至获得完整的资源,这称为非阻塞。

      可以看出,同步与异步的区别在于发起请求的时机,而阻塞与非阻塞的区别在于发起请求后是否对本线程进行暂停。

    同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞

      很多读者(包含笔者)都喜欢作者能直截了当地给出概念,而反感拐弯抹角和旁敲侧击。因此,笔者再提炼一下本文核心的四个概念:

    • 同步阻塞:在需要某资源时马上发起请求,并暂停本线程之后的程序,直至获得所需的资源。

    • 同步非阻塞:在需要某资源时马上发起请求,且可以马上得到答复,然后继续执行之后的程序。但如果得到的不是完整的资源,之后将周期性地的请求。

    • 异步阻塞:在需要某资源时不马上发起请求,而安排一个以后的时间再发起请求。当到了那时发出请求时,将暂停本线程之后的程序,直至获得所需的资源。

    • 异步非阻塞:在需要某资源时不马上发起请求,而安排一个以后的时间再发起请求。当到了那时发出请求时,可以马上得到答复,然后继续执行之后的程序。但如果得到的不是完整的资源,之后将周期性地的请求。


    【提醒】

      有些过分钻研概念的极客可能会对此提出质疑:既然“不马上发起请求”属于异步,但是如果一个线程将 CPU 分配的时间片用完了,此时应该得不到执行,那么同步非阻塞是不是可以归于异步非阻塞呢?

      实际上不是这样。一方面,这里的“马上执行”,指的是针对这个程序中相关的代码而言的。基于上一条代码而执行的下一条代码就称为“被马上执行的代码”,而不管这两条代码的执行之间有没有被 CPU 中断。另一方面,评判 同步非阻塞异步阻塞 的其中一个标准是,如果一个主线程中,依次调用了 N 个 同步非阻塞 的方法,则这些方法被执行的次序是不确定的。但如果一个主线程中,依次调用了 N 个 异步阻塞 的方法,则当主线程完成当前的任务之后,转而真正执行这些异步方法时,这些方法被执行的次序与之前调用时一致。


    一个生动的例子

      一个贴切生动的例子可能对理解更有帮助。这里假设了这样的一种情景:笔者正在进行公司安排的一个“cleancode”专项需求(下面简称 cleancode 专项),然后突然对于门禁上报告的一项告警不太理解,笔者想要求助自己的同事(设该同事名为 Bob),于是在公司的通信软件(设该软件名为 contact)上向其发送了此求助消息,并假设笔者每天有减脂的诉求,因此在下午下班后不会立刻去吃饭。

      前述的四个概念类比如下:

    • 同步阻塞:笔者在 contact 上给 Bob 发了一条咨询信息,并开启 contact 的消息自动弹出功能。然后笔者暂停手头的工作,翘着二郎腿开始用手机摸鱼,直到手机上弹出 contact 的关于 Bob 的回复信息。

      解释:

      • 笔者、笔者的同事 Bob:两个位于不同服务器上的操作系统。

      • cleancode 专项:正在“笔者操作系统”上运行的一个线程。

      • 笔者放弃工作上的任务:cleancode 专项线程被阻塞。

      • 笔者开始摸鱼:cleancode 专项线程因阻塞而使笔者空闲,笔者通过调度来运行其它无关线程。

      • contact 的消息自动弹出:在操作系统中,用于唤醒阻塞线程的信号量。

    • 同步非阻塞:笔者在 contact 上给 Bob 发了一条咨询信息,然后笔者继续做 cleancode 专项中的其它内容,并周期性查看 Bob 有没有回复。

    • 异步阻塞:笔者在日程表上记录了这个待办事项,然后笔者继续做 cleancode 专项中的其它内容,最后到下午下班时,笔者在 contact 上给 Bob 发了一条咨询信息,并开启 contact 的消息自动弹出功能。然后笔者暂停手头的工作,翘着二郎腿开始在晚上加班时间用手机摸鱼,直到手机上弹出 contact 的关于 Bob 的回复信息。

    • 异步非阻塞:笔者在日程表上记录了这个待办事项,然后笔者继续做 cleancode 专项中的其它内容,最后到下午下班时,笔者在 contact 上给 Bob 发了一条咨询信息,然后笔者继续加班做 cleancode 专项中的其它内容,并周期性查看 Bob 有没有回复。

    总结与补充

    • 用一句话概括本文的概念:

      • 异步:把事情推到以后去做

      • 阻塞:专心做一件事情

      • 同步非阻塞:一边做一件事情,一边做另一件事情(一心二用)

      • 异步阻塞:把问题推到以后专心处理

      • 同步阻塞:马上专心做一件事情

      • 异步非阻塞:把问题推到以后时不时处理一下

    • 线程在被阻塞时,CPU 会将时间片分给其它线程。而当线程发出非阻塞线程请求时,它以后还要周期性地请求,这同样会占用 CPU 时间。因此,不能一味地认为异步非阻塞一定优于同步非阻塞。同样是异步非阻塞,底层实现不同,效率也不同。将程序中的所有代码都改成异步非阻塞,也未必可以提高系统的整体性能。哪种性能最好要取决于具体实现,而不是几个用于装蒜的术语。

    • Java 中没有异步关键字,所以一般情况下,Java 代码都是同步的,Java 中只有同步阻塞和同步非阻塞。但异步代码可以通过同步代码设计出来,所以 Java 中也可以设计出异步方法。

      JavaScript 有异步关键字,但 JavaScript 是单线程的,所以 JavaScript 中只有同步阻塞和异步阻塞。

    • 我们平常单独使用的“同步”一词,实际上指的是这里的同步阻塞,而“异步”指异步非阻塞。

    • 在操作系统层面,只有单独的同步与异步、阻塞与非阻塞的说法。此时的同步与异步的含义主要有以下几个:

      • 同本文的同步阻塞、异步非阻塞。

      • 同步:强调两个程序的运行彼此有逻辑、时间上的先后关系。

        异步:强调两个程序的运行彼此相对独立。

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  • NodeJs 异步非阻塞

    2019-09-09 17:04:12
    那么在了解NodeJs异步非阻塞机制之前,你是否了解同步异步,阻塞和非阻塞? 同步与非同步:更面向非IO代码 阻塞与非阻塞:更面向IO代码 什么是同步机制? 同步就是必须等待上一个函数执行完毕,才能继续向下执行 ...

    一般来说,高并发的解决方案就是提供多线程模型,服务器为每个客户端请求分配一个线程,使用同步 I/O,系统通过线程切换来弥补同步 I/O
    调用的时间开销。比如 Apache 就是这种策略,由于 I/O
    一般都是耗时操作,因此这种策略很难实现高性能,但非常简单,可以实现复杂的交互逻辑。

    而事实上,大多数网站的服务器端都不会做太多的计算,它们接收到请求以后,把请求交给其它服务来处理(比如读取数据库),然后等着结果返回,最后再把结果发给客户端。因此,Node.js
    针对这一事实采用了单线程模型来处理,它不会为每个接入请求分配一个线程,而是用一个主线程处理所有的请求,然后对 I/O
    操作进行异步处理,避开了创建、销毁线程以及在线程间切换所需的开销和复杂性。

    那么在了解NodeJs异步非阻塞机制之前,你是否了解同步异步,阻塞和非阻塞?

    同步与非同步:更面向非IO代码
    阻塞与非阻塞:更面向IO代码

    什么是同步机制?

    在这里插入图片描述
    同步就是必须等待上一个函数执行完毕,才能继续向下执行

    什么是异步机制?

    在这里插入图片描述
    主线程执行到类IO操作时,会调用底层封装的libuv分配线程执行,并放入队列中等待主线程循环事件抽取,详细的后面会讲到

    什么是阻塞机制?

    在这里插入图片描述
    顾名思义,必须等待前一个得到结果后才能继续执行,和同步容易混淆,但阻塞主要针对的是IO操作

    什么是非阻塞机制?

    在这里插入图片描述

    非阻塞,意味着不用等待前一个IO操作返回就可以直接执行其他的IO操作

    想必大家已经对这些概念有了一定了解,就让我们继续向下阅读

    众所周知,JavaScript是单线程执行的,也就是说所有的非IO请求代码都会在主线程中同步执行,但是当我们发起IO请求时,该IO请求就不是在主线程中执行了,不然主线程就会被阻塞调,无法响应其他事件,看下图


    在这里插入图片描述

    NodeJs是异步IO调用,根据上图我们所得,当我们发起IO请求时,调用的是各个不同平台的操作系统内部实现的线程池内的线程,这里的IO请求不仅仅是读写文件,在unix中,将计算机抽象了一层,磁盘文件,硬件,套接字等几乎所有计算机资源都被抽象为文件,即IO请求就是抽象后的文件

    NodeJs基于libuv的架构示意图:
    在这里插入图片描述
    什么是libuv?

    Libuv是一个高性能的,事件驱动的异步I/O库,它本身是由C语言编写的,具有很高的可移植性。libuv封装了不同平台底层对于异步IO模型的实现,所以它还本身具备着Windows, Linux都可使用的跨平台能力。
    https://juejin.im/post/5d412865e51d4561e84fcba7

    什么是IOCP?

    是windows支持多个同时发生的异步I/O操作的应用程序编程接口

    根据上图所得,Node是基于libuv封装层运行来实现跨平台兼容的,所有平台兼容性的判断都由这一层来完成,并保证Node程序与unix和IOCP之间各自独立,Node在编译期间会判断平台条件,选择性编译unix目录或windows目录下的原文件到目录程序中。

    具体异步IO实现图:
    在这里插入图片描述

    仔细查看上图我们发现:
    构成NodeJs异步IO模型主要分四大要素

    • 事件循环
    • 观察者
    • 请求对象
    • IO线程池
             
      主线程操作
      发起异步IO调用,将请求参数(param, path, callback)等信息封装到请求对象上,然后将请求对象放入请求队列中,等待线程池给该请求分配可用线程
             
      线程池操作:
      如果线程池中有可用的线程,则取出请求队列内请求对象并分配线程,在分配的线程内执行对象中的IO操作,执行完成后将执行结果封装到请求对象中,通知线程池IO操作已经完成,然后将该线程还给线程池
             
      事件循环操作:
      底层使用了while(true)机制获取已完成IO操作的事件,并触发该事件,相对应的IO事件观察者会获取该请求对象(此时该请求对象已经涵盖了callback, param等),IO观察者取出callback和IO执行结果并调用执行函数callback

    总结

    Node.js 在主线程里维护了一个事件队列,当接到请求后,就将该请求作为一个事件放入这个队列中,然后继续接收其他请求。当主线程空闲时(没有请求接入时),就开始循环事件队列,检查队列中是否有要处理的事件,这时要分两种情况:如果是非 I/O 任务,就通过主线程处理,并通过回调函数返回到上层调用;如果是 I/O 任务,就从 线程池 中拿出一个线程来处理这个事件,并通过观察者指定回调函数,然后继续循环队列中的其他事件。
    当线程中的 I/O 任务完成以后,通过观察者执行指定的回调函数,并把这个完成的事件放到事件队列的尾部,等待事件循环,当主线程再次循环到该事件时,就直接处理并返回给上层调用

    参考文章:
    https://juejin.im/post/5d412865e51d4561e84fcba7
    https://www.cnblogs.com/onepixel/p/7143769.html
    https://juejin.im/post/5d21f7e9e51d455071250b81
    https://juejin.im/post/5af1413ef265da0b851cce80

    展开全文
  • nginx异步非阻塞理解

    2020-08-21 17:24:26
    nginx异步非阻塞理解? 看了一下午如何理解异步非阻塞,不是用生活举例的就是只是说某一点的,其实真的还是很不明白,最后只能通过nginx的异步非阻塞模型来稍微理解理解了,我也不拿什么生活的举例了因为我觉得那个...

    nginx异步非阻塞理解?
    看了一下午如何理解异步非阻塞,不是用生活举例的就是只是说某一点的,其实真的还是很不明白,最后只能通过nginx的异步非阻塞模型来稍微理解理解了,我也不拿什么生活的举例了因为我觉得那个东西只能说就是生往概念上靠,更不明白。

    切入正题,看之前你要先知道***多路复用器***,这个参考我写的也行,但是我还没写完(20200821这天),开始说了。

    这张图其实能很好的理解异步非阻塞,左边是nginx进程结构,右边是event queue processing cycle(事件队列处理周期),左边那张图有两个链表,上面的是epoll_creat建立的,另外一个是event queue(事件队列),上面的其实就是非阻塞,下面的就是异步,上面的链表不懂去看epoll,下面的链表我下文给你讲了,联合起来希望你能理解,不懂就跳过去。
    在这里插入图片描述

    异步非阻塞我们拆开说,先说他这个非阻塞代表什么,nginx为什么性能高呢,因为nginx用一个进程可以处理成千上万的请求,nginx为什么能用一个进程可以处理成千上万的请求呢?因为nginx网络io用的是多路复用器,多路复用器解决的就是阻塞问题,所以我们理解因为nginx使用了多路复用器模型所以叫非阻塞。怎么叫异步呢?比如有1万个请求,这一万个请求可以分为很多种,有的是请求静态资源,有的是转发请求到后端服务器,有的是直接请求动态数据,但是不管什么样的事其实都是io,你请求静态资源你要读静态资源吧,你转发请求到后端服务器你得读返回回来的数据吧,假设其中的一个请求是向后端服务器转发请求并返回,假如这时候网络情况不好5秒钟才能得到后端服务器的返回那其他9999个请求都要等着么?nginx肯定没这么傻对吧,nginx是处理到这个请求可能阻塞的地方(向后端服务器发送请求),然后就去处理另外一个请求了(比如处理其他请求静态资源的请求),那上一个请求怎么办呢?不可能不要了是吧,他会在注册一个事件(后端服务器5秒后返回后要做什么?把返回的数据响应给客户)注册事件的地方是一个链表也就是我前面说的event queue(事件队列),具体我也没看过注册进去的是什么,但是想一想应该是把请求后端服务器返回后要做什么注册进去,这里就是异步,为什么这就叫异步呢,nginx不会每次去轮询注册链表,问他有没有事件已经完成(后端服务器有没有返回),而是当请求后端服务器返回后直接就可以执行注册进去的事情,注册进去的事情其实就是把从后端服务器请求回来的数据响应给用户,这就是异步,组合起来就是异步非阻塞,其实也可以把顺序颠倒一下非阻塞异步但是这么读起来有点变扭,先这么理解吧,不理解话或者我写的不对的地方欢迎留言,一起学习。
    最后,我觉得这个这个东西今天不明白也别钻牛角筋,也就面试的时候会问问你,平时你用的时候也没必要去说的这个么细。

    新理解

    又看了自己的帖子感觉讲的很垃圾,再写写最新的理解吧,异步非阻塞,还是拆成非阻塞和异步,非阻塞指的是网络io的非阻塞,实现方式是多路复用器,当多路复用器返回有数据的io时,如果同步的话就要循环这些io一个一个处理,但是万一有一个io响应很慢后面的都要等待,nginx会把io放到一个队列,异步去处理。

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异步非阻塞

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