Python篇-IO多路复用详解

IO多路复用是IO模式的一种,是一种单线程处理多并发的IO操作的方案,其他IO操作方案分别有 :

阻塞 I/O（blocking IO）
非阻塞 I/O（nonblocking IO）
I/O 多路复用（ IO multiplexing）
异步 I/O（asynchronous IO）

IO多路复用其实就是我们说的select，poll，epoll,它的基本原理就是select，poll，epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。

二 : 事件驱动模型与IO多路复用关系

事件驱动模型 :

好比中午全体员工1000人去饭,点餐完毕后我们回到座位,饭做好了服务员就会叫我们对应点餐的人去取餐.

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：

有一个事件（消息）队列；
鼠标按下时，往这个队列中增加一个点击事件（消息）；
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；
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；

IO多路复用所用的编程范式就是事件驱动模型,是一种监测和回调
封装好的select(拿select举例)会不断询问处理,我们所放入的IO事件,哪个有数据,就返回.我们就可以拿到了.

协程也使用了事件驱动模型来绕过IO事件,遇到IO事件放入操作系统的读取IO列表,然后操作系统处理好给我们返回.

三 : 异步IO与同步IO

同步IO
1.阻塞 I/O（blocking IO）
2.非阻塞 I/O（nonblocking IO）
3.I/O 多路复用（ IO multiplexing）

为什么会发生阻塞呢?其根本原因就是当数据准备好之后,内核态向用户态转发的时候呼叫进程来接受,这个转化的过程是耗时的操作,等转发结束后,阻塞接受

异步IO
为什么异步是没有阻塞的操作呢,其根本原因也是因为,在内核态向用户态转发结束后,才叫进程来接收,进程不用等待,直接拿到数据.
同步异步区别
同步IO是快餐性质餐好了以后你过去取食物,拿食物回到座位,这个过程是耗时的操作.
异步IO是大餐性质,我们餐好了以后,大家还在座位上聊天,服务员就会把食物端到桌子上,然后我们吃就可以了,高端服务.

解析 :
我们可以用IO多路复用写一个SocketServer实现单线程下的大并发.
但是IO多路复用本质是还是同步IO,因为数据从内核态到用户态的拷贝需要等待操作系统完成,只有异步 I/O本质是是异步IO,本质上异步 I/O会当数据从内核态拷贝到用户态这一过程完成之后再去通知程序直接取走,因为I/O操作是系统完成,所以这才是真正意义上的异步IO操作.

四 : IO多路复用socketServer

利用IO多路复用写一个socketServer,大多数情况下机几乎很难用到,因为有许许多多模块和框架已经为我们封装好了,简单了解一下底层的实践即可.

# Author:TianTianBaby
import  select
import socket
import  queue

#创建socket连接
server = socket.socket()
server.bind(('localhost',9000))
server.listen(1000)

#设置非阻塞模式
server.setblocking(False)

#key 为接受消息对象实例,key 为接受的数据
mes_dic = {}

#需要检测的连接列表
inputs = [server,]

#返回上一次的数据列表
outputs = []

while True:
    readable,writeable,exceptional = select.select(inputs,outputs,inputs)

    for r in  readable:
        if r is server:#代表来了一个新连接
            conn,addr = server.accept()
            inputs.append(conn)#因为新建立的连接还没发数据过来,现在就接受的话程序就报错
            #所以要想实现这个客户端发数据时server端能知道,就需要让select再监测
            #初始化一个队列,后面存要返回给这个客户端的数据
            mes_dic[conn] = queue.Queue()
        else:
           data = r.recv(1024)
           mes_dic[r].put(data)
           #放入返回的连接队列里
           outputs.append(r)

    #要返回给客户端的连接列表
    for w in writeable:
        data_to_client = mes_dic[w].get()
        #返回给客户端源数据
        w.send(data_to_client)

        #确保下次循环的时候writeable,不反回这个已经处理完的连接
        outputs.remove(w)

    #异常
    for e in exceptional:
        if e in outputs:
            outputs.remove(e)
        inputs.remove(e)
        del  mes_dic[e]

五 : 总结

select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

Python篇-IO多路复用详解

二 : 事件驱动模型与IO多路复用关系

事件驱动模型 :

三 : 异步IO与同步IO

四 : IO多路复用socketServer

五 : 总结