非阻塞IO

Posted 2021-01-29 fantsaymwq

非阻塞IO（non-blocking IO）

Linux下，可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时，流程是这个样子：

从图中可以看出，当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是用户就可以在本次到下次再发起read询问的时间间隔内做其他事情，或者直接再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存（这一阶段仍然是阻塞的），然后返回。

也就是说非阻塞的recvform系统调用之后，进程并没有被阻塞，内核马上返回给进程，如果数据还没准备好，此时会返回一个error。进程在返回之后，可以干点别的事情，然后再发起recvform系统调用。重复上面的过程，循环往复的进行recvform系统调用。这个过程通常被称之为轮询。轮询检查内核数据，直到数据准备好，再拷贝数据到进程， 进行数据处理。需要注意，拷贝数据整个过程，进程仍然是属于阻塞的状态。

所以，在非阻塞式IO中，用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据准备好了没有。

非阻塞IO示例

服务端

import socket

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind(("127.0.0.1", 8080))
server.listen(5)
server.setblocking(False)    # 默认是True为阻塞

rlist = []
wlist = []
print("starting.....")
while True:
    try:        # 服务端多次建立连接
        conn, addr = server.accept()
        rlist.append(conn)
        print(rlist)
    except BlockingIOError:
        # print("干其他活")

        # 收消息
        del_rlist = []
        for conn in rlist:
            try:
                data = conn.recv(1024)
                if not data:      # 收空
                    del_rlist.append(conn)
                    continue
                wlist.append((conn, data.upper()))
            except BlockingIOError:
                continue
            except Exception:
                conn.close()
                del_rlist.append(conn)

        # 发消息
        del_wlist = []
        for item in wlist:
            try:
                conn = item[0]
                data = item[1]
                conn.send(data)
                del_wlist.append(item)
            except BlockingIOError:
                pass

        for item in del_wlist:
            wlist.remove(item)

        for conn in del_rlist:
            rlist.remove(conn)

    while True:
        try:
            data = conn.recv(1024)
            if not data:
                break
            conn.send(data.upper())
        except ConnectionRefusedError:
            break
    
    conn.close()

　客户端

import socket

client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.connect(("127.0.0.1", 8080))

while True:
    msg = input(">>>:").strip()
    if not msg:
        continue
    client.send(msg.encode("utf-8"))
    data = client.recv(1024)
    print(data.decode("utf-8"))

　　

但是非阻塞IO模型绝不被推荐。

我们不能否则其优点：能够在等待任务完成的时间里干其他活了（包括提交其他任务，也就是 “后台” 可以有多个任务在“”同时“”执行）。

但是也难掩其缺点：

1. 循环调用recv()将大幅度推高CPU占用率；
2. 任务完成的响应延迟增大了，因为每过一段时间才去轮询一次read操作，而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成。
这会导致整体数据吞吐量的降低。

此外，在这个方案中更多的是起到检测“操作是否完成”的作用，实际操作系统提供了更为高效的检测“操作是否完成“作用的接口，例如select()多路复用模式，可以一次检测多个连接是否活跃。