python入門開發學習筆記之掌握非阻塞IO模型

本節重點

• 掌握非阻塞IO模型

本節時長需控制在15分鐘內

非阻塞IO（non-blocking IO）

Linux下，可以通過設置socket使其變為non-blocking。當對一個non-blocking socket執行讀操作時，流程是這個樣子：

從圖中可以看出，當用戶進程發出read操作時，如果kernel中的數據還沒有准備好，那麼它並不會block用戶進程，而是立刻返回一個error。從用戶進程角度講 ，它發起一個read操作後，並不需要等待，而是馬上就得到了一個結果。用戶進程判斷結果是一個error時，它就知道數據還沒有准備好，於是用戶就可以在本次到下次再發起read詢問的時間間隔內做其他事情，或者直接再次發送read操作。一旦kernel中的數據准備好了，並且又再次收到了用戶進程的system call，那麼它馬上就將數據拷貝到了用戶內存（這一階段仍然是阻塞的），然後返回。

也就是說非阻塞的recvform系統調用調用之後，進程並沒有被阻塞，內核馬上返回給進程，如果數據還沒准備好，
此時會返回一個error。進程在返回之後，可以干點別的事情，然後再發起recvform系統調用。重復上面的過程，
循環往復的進行recvform系統調用。這個過程通常被稱之為輪詢。輪詢檢查內核數據，直到數據准備好，再拷貝數據到進程，
進行數據處理。需要注意，拷貝數據整個過程，進程仍然是屬於阻塞的狀態。

所以，在非阻塞式IO中，用戶進程其實是需要不斷的主動詢問kernel數據准備好了沒有。

非阻塞IO示例

#服務端
from socket import *
server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1',8099))
server.listen(5)
server.setblocking(False)
rlist=[]
wlist=[]
while True:
try:
conn, addr = server.accept()
rlist.append(conn)
print(rlist)
except BlockingIOError:
del_rlist=[]
for sock in rlist:
try:
data=sock.recv(1024)
if not data:
del_rlist.append(sock)
wlist.append((sock,data.upper()))
except BlockingIOError:
continue
except Exception:
sock.close()
del_rlist.append(sock)
del_wlist=[]
for item in wlist:
try:
sock = item[0]
data = item[1]
sock.send(data)
del_wlist.append(item)
except BlockingIOError:
pass
for item in del_wlist:
wlist.remove(item)
for sock in del_rlist:
rlist.remove(sock)
server.close()
#客戶端
from socket import *
c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
c.connect(('127.0.0.1',8080))
while True:
msg=input('>>: ')
if not msg:continue
c.send(msg.encode('utf-8'))
data=c.recv(1024)
print(data.decode('utf-8'))

但是非阻塞IO模型絕不被推薦。

我們不能否則其優點：能夠在等待任務完成的時間裡干其他活了（包括提交其他任務，也就是 “後台” 可以有多個任務在“”同時“”執行）。

但是也難掩其缺點：

1\. 循環調用recv()將大幅度推高CPU占用率；這也是我們在代碼中留一句time.sleep(2)的原因,否則在低配主機下極容易出現卡機情況
2\. 任務完成的響應延遲增大了，因為每過一段時間才去輪詢一次read操作，而任務可能在兩次輪詢之間的任意時間完成。
這會導致整體數據吞吐量的降低。

此外，在這個方案中recv()更多的是起到檢測“操作是否完成”的作用，實際操作系統提供了更為高效的檢測“操作是否完成“作用的接口，例如select()多路復用模式，可以一次檢測多個連接是否活躍。