解剖IO多路复用剖析之美

后端

2023-01-14 14:50:41

IO操作：阻塞与非阻塞

在计算机网络中，IO（输入/输出）操作是应用程序与外部设备（如硬盘、网络设备等）交换数据的重要手段。根据操作方式的不同，IO可分为阻塞IO和非阻塞IO。

阻塞IO

当应用程序发起一个阻塞IO操作时，它会一直等待该操作完成，然后才能继续执行后续操作。就好比你去银行办理业务，如果你面前有很多人在排队，你就得耐心地等到轮到你。

优点：

简单易用，无需复杂的操作

缺点：

程序在等待IO操作完成期间无法做其他事情，就像你在排队时不能做其他事一样

非阻塞IO

与阻塞IO不同，当应用程序发起一个非阻塞IO操作时，它不会等待操作完成，而是继续执行其他任务。一旦IO操作完成，应用程序会收到一个通知。就像去自助取款机办理业务，你可以直接操作机器，而无需等待工作人员的协助。

优点：

应用程序可以同时处理多个IO操作，就像你可以同时使用多个自助取款机一样
提高应用程序的性能和可扩展性

缺点：

实现起来更复杂，就像自助取款机的操作比柜台办理业务更复杂一样

IO多路复用

IO多路复用是一种可以同时监听多个IO事件的技术。当应用程序发起一个IO操作时，它会将该操作注册到IO多路复用器上。IO多路复用器会一直监听这些操作，一旦某个操作完成，它会通知应用程序。就像你在一个大型商场里逛街，可以同时关注多个商店的优惠信息一样。

优点：

应用程序可以同时处理多个IO操作，提高效率

缺点：

实现起来更复杂，就像商场里的信息系统维护起来比小商店里的更复杂一样

select、poll、epoll：IO多路复用器的种类

select、poll和epoll都是IO多路复用器，它们的工作原理类似：通过监听文件符来检测IO事件。

select ：POSIX系统中的IO多路复用器，简单易用，但只能监听有限数量的文件符，性能不高。就像一个只能处理小批量订单的超市。
poll ：select的增强版本，性能比select高，但实现起来更复杂。就像一个可以处理大批量订单的超市。
epoll ：Linux系统中的IO多路复用器，性能最高，但实现起来最复杂。就像一个可以同时处理多种商品订单的电商平台。

IO多路复用是异步IO吗？

并不是。异步IO是指应用程序发起一个IO操作后，可以立即返回，而不用等待操作完成。而IO多路复用是指应用程序发起一个IO操作后，它会继续执行其他任务，一旦操作完成，应用程序会收到一个通知。

为什么应该使用非阻塞IO？

非阻塞IO比阻塞IO有诸多优势：

提高应用程序的性能，就像自助取款机比柜台办理业务更快速一样
提高应用程序的可扩展性，就像大型超市比小商店可以处理更多顾客一样
提高应用程序的可靠性，就像电商平台比实体店受外界因素影响更小一样

代码示例

以下是使用epoll实现IO多路复用的一个示例：

import socket
import select

# 创建一个epoll对象
epoll = select.epoll()

# 创建一个socket并绑定到一个端口
sock = socket.socket()
sock.bind((‘127.0.0.1’, 8000))
sock.listen(5)

# 将socket添加到epoll中
epoll.register(sock, select.EPOLLIN)

while True:
    # 监听事件
    events = epoll.poll()
    for fileno, event in events:
        if fileno == sock.fileno():
            # 有新的连接
            conn, addr = sock.accept()
            epoll.register(conn, select.EPOLLIN)
        else:
            # 有数据到来
            data = conn.recv(1024)
            if not data:
                # 连接断开
                epoll.unregister(conn)
                conn.close()
            else:
                # 处理数据
                ...