應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)析(linuxsocket異步)

當(dāng)我們想要在實(shí)際場(chǎng)景中使用一個(gè)新的應(yīng)用程序時(shí)，我們需要了解該應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)方法。應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方法是指我們所使用的編程語(yǔ)言，框架和工具，以及程序的基本架構(gòu)和設(shè)計(jì)模式。在本文中，我們將對(duì)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

創(chuàng)新互聯(lián)公司服務(wù)項(xiàng)目包括婁底網(wǎng)站建設(shè)、婁底網(wǎng)站制作、婁底網(wǎng)頁(yè)制作以及婁底網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷(xiāo)策劃等。多年來(lái)，我們專注于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，利用自身積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、深度合作伙伴關(guān)系等，向廣大中小型企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)等提供互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的解決方案，婁底網(wǎng)站推廣取得了明顯的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。目前，我們服務(wù)的客戶以成都為中心已經(jīng)輻射到婁底省份的部分城市，未來(lái)相信會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域并繼續(xù)獲得客戶的支持與信任！

編程語(yǔ)言

我們需要選擇一個(gè)編程語(yǔ)言。在過(guò)去的幾十年中，許多編程語(yǔ)言已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，每種語(yǔ)言有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。有些語(yǔ)言適合于開(kāi)發(fā)具有高并發(fā)性的應(yīng)用程序，而有些語(yǔ)言適合于開(kāi)發(fā)嵌入式設(shè)備。選擇編程語(yǔ)言的方法是根據(jù)應(yīng)用程序的要求來(lái)決定，事實(shí)上，一些應(yīng)用程序可能需要使用多種編程語(yǔ)言。

目前，最常用的編程語(yǔ)言是Java，C++，Python，JavaScript和Ruby。Java被廣泛用于企業(yè)級(jí)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，而C++用于嵌入式系統(tǒng)，游戲和圖形應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。Python和Ruby用于web開(kāi)發(fā)，JavaScript用于前端開(kāi)發(fā)。當(dāng)然，這只是一個(gè)大略的指南，實(shí)際上每種語(yǔ)言都有許多用途和應(yīng)用場(chǎng)景。

框架和工具

一旦我們決定了使用哪種編程語(yǔ)言，下一步就是選擇合適的框架和工具?？蚣芎凸ぞ呤菐椭覀兗铀匍_(kāi)發(fā)和提高效率的軟件包。它提供了開(kāi)發(fā)者所需的功能，以實(shí)現(xiàn)通用任務(wù)（例如，數(shù)據(jù)庫(kù)，網(wǎng)絡(luò)通信，用戶權(quán)限管理等）。

對(duì)于不同的編程語(yǔ)言，有許多不同的框架和工具可供選擇，并且新的框架和工具正在不斷地產(chǎn)生。在選擇框架和工具時(shí)，我們需要考慮多方面的因素，例如框架的穩(wěn)定性，代碼質(zhì)量，社區(qū)支持等等。

基本架構(gòu)和設(shè)計(jì)模式

最終，我們需要為我們的應(yīng)用程序選擇一個(gè)基本的架構(gòu)和設(shè)計(jì)模式?；炯軜?gòu)是指應(yīng)用程序的大體結(jié)構(gòu)，包括客戶端和服務(wù)器層以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理。設(shè)計(jì)模式是指我們將如何組合，管理和擴(kuò)展程序的代碼。

當(dāng)我們?cè)谶x擇基本架構(gòu)和設(shè)計(jì)模式時(shí)，我們需要考慮許多因素。例如，我們需要了解應(yīng)用程序處理數(shù)據(jù)的方式，它需要執(zhí)行的操作，以及我們?nèi)绾螌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成更有意義的信息。

當(dāng)我們開(kāi)始設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)應(yīng)用程序時(shí)，我們需要考慮許多因素。選擇合適的編程語(yǔ)言，框架和工具以及基本架構(gòu)和設(shè)計(jì)模式，都是成功實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的關(guān)鍵要素。正確的選擇將有助于我們?cè)趯?shí)踐中實(shí)現(xiàn)我們的應(yīng)用程序，使其更有效，更可靠和更高效。

相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：

• 同步與異步，阻塞與非阻塞的區(qū)別,以及select,poll和epoll

同步與異步，阻塞與非阻塞的區(qū)別,以及select,poll和epoll

異步的概念和同步相對(duì)。

（1）當(dāng)一個(gè)同步調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者要一直等待返回消息（結(jié)果）通知后，才能進(jìn)行后續(xù)的執(zhí)行；

（2）當(dāng)一個(gè)異步過(guò)程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立刻得到返回消息（結(jié)果）。實(shí)際處理這個(gè)調(diào)用的部件在完成后，通過(guò)

狀態(tài)、通知和回調(diào)

來(lái)通知調(diào)用者。

這里提到執(zhí)行部件和調(diào)用者通過(guò)三種途徑返回結(jié)果：狀態(tài)、通知和回調(diào)。使用哪一種通知機(jī)制，依賴于執(zhí)行部件的實(shí)現(xiàn)，除非執(zhí)行部件提供多種選擇，否則不受調(diào)用者控制。

（A）阻塞調(diào)用是指調(diào)用結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會(huì)被掛起，一直處于等待消息通知，不能夠執(zhí)行其他業(yè)務(wù)

(B)非阻塞調(diào)用是指在不能立刻得到結(jié)果之前，該函數(shù)不會(huì)阻塞當(dāng)前線程，而會(huì)立刻返回

場(chǎng)景比喻：

舉個(gè)例子，比如我去銀行辦理業(yè)務(wù)，可能會(huì)有兩種方式：

在上面的場(chǎng)景中，如果：

a)如果選擇排隊(duì)(同步)，且排隊(duì)的時(shí)候什么都不干(線程被掛起，什么都干不了)，是同步阻塞模型；

b)如果選擇排隊(duì)(同步)，但是排隊(duì)的同時(shí)做與辦銀行業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的事情，比如抽煙，（線程沒(méi)有被掛起，還可以干一些其他的事），是同步非阻塞模型；

c）如果選擇拿個(gè)小票，做在位置上等著叫號(hào)（通知），但是坐在位置上什么都不干（線程被掛起，什么都干不了），這是異步阻塞模型；

d）如果選擇那個(gè)小票，坐在位置上等著叫號(hào)(通知)，但是坐著的同時(shí)還打談生意(線程沒(méi)有被掛起，還可以干其他事情)，這是異步非阻塞模型。

對(duì)這四種模型做一個(gè)總結(jié)：

1：同步阻塞模型，效率更低，即你專心排隊(duì)，什么都不干。

2：異步阻塞，效率也非常低，即你拿著號(hào)等著被叫（通知），但是坐那什么都不干

3：同步非阻塞，效率其實(shí)也不高，因?yàn)樯婕暗骄€程的來(lái)回切換。即你在排隊(duì)的同時(shí)打或者抽煙，但是你必須時(shí)不時(shí)得在隊(duì)伍中挪動(dòng)。程序需要在排隊(duì)和打這兩種動(dòng)作之間來(lái)回切換，系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)可想而知。

4：異步非阻塞，效率很高，你拿著小票在那坐著等叫號(hào)(通知)的同時(shí)，打談你的生意。

linux下幾個(gè)基本概念

1：用戶控件和內(nèi)核空間。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)都是采用虛擬存儲(chǔ)器，在32位操作系統(tǒng)下，它的尋址空間(虛擬存儲(chǔ)空間)為4G(2的32次方)。為了保證用戶進(jìn)程補(bǔ)鞥呢直接操作內(nèi)核，保證內(nèi)核的安全，操作系統(tǒng)將虛擬空間劃分為兩部分，一部分為內(nèi)核空間，一部分為用戶空間。對(duì)linux操作系統(tǒng)而言，將更高的1G字節(jié)空間分給了內(nèi)核使用，稱為內(nèi)核空間，將較低的3G字節(jié)的空間劃分為用戶空間。

2：進(jìn)程切換很耗資源

，為了控制進(jìn)程的執(zhí)行，內(nèi)核必須有能力掛起正在cpu上運(yùn)行的進(jìn)程，并恢復(fù)以前掛起的某個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行，這種行為叫進(jìn)程的切換。每次切換，要保存上一個(gè)的上下文環(huán)境等等，總之記住進(jìn)程切換很耗資源。

3：文件描述符

：文件描述符在形式上是一個(gè)非負(fù)整數(shù)。實(shí)際上，他是一個(gè)索引，指向內(nèi)核為每個(gè)進(jìn)程所維護(hù)的該進(jìn)程打開(kāi)文件的記錄表。當(dāng)程序打開(kāi)一個(gè)文件時(shí)，內(nèi)核就會(huì)向進(jìn)程返回一個(gè)非負(fù)整數(shù)的文件描述符。但是文件描述符一般在unix，linux系統(tǒng)中才講。

緩存IO

，大多數(shù)系統(tǒng)的默認(rèn)IO操作都是緩存IO,在linux的緩存IO機(jī)制中，操作系統(tǒng)會(huì)將IO的數(shù)據(jù)緩存在系統(tǒng)的頁(yè)緩存(page cache)中，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)會(huì)先被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)，然后才會(huì)從操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序的地址空間。

緩存IO的缺點(diǎn)：

數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中需要在應(yīng)用程序和地址空間和內(nèi)核進(jìn)行多次數(shù)據(jù)拷貝操作，這種數(shù)據(jù)拷貝操作鎖帶來(lái)的cpu以及內(nèi)存消耗是很大的。

LINUX的IO模型

網(wǎng)絡(luò)IO的本質(zhì)是socket的讀取。socket在linux系統(tǒng)被抽象為流，故對(duì)網(wǎng)絡(luò)IO的操作可以理解為對(duì)流的操作。

對(duì)于一次IO訪問(wèn)，比如以read操作為例，

數(shù)據(jù)會(huì)先被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)，然后才會(huì)從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到進(jìn)程的用戶層，即應(yīng)用程序的地址空間

。故當(dāng)一個(gè)read操作發(fā)生時(shí)，其實(shí)是經(jīng)歷了兩個(gè)階段：

1：內(nèi)核緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)就位

2：數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到用戶程序地址空間

那么具體到socket io的一次read操來(lái)說(shuō)，這兩步分別是：

1：等待網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)分組到達(dá)，然后復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū)中

2：數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到用戶程序的地址空間(緩沖區(qū))

所以說(shuō)

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要處理的無(wú)非就兩個(gè)問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)IO和數(shù)據(jù)計(jì)算

，一般來(lái)說(shuō)網(wǎng)絡(luò)io帶來(lái)的延遲影響比較大。

網(wǎng)絡(luò)IO的模型大致有如下幾種：

熟悉不？

我們常說(shuō)的select，poll和epoll就是屬于同步模型中多路復(fù)用IO的不同實(shí)現(xiàn)方法罷了。

下面分別對(duì)同步阻塞，同步不阻塞，同步io復(fù)用進(jìn)行說(shuō)明。

一：同步阻塞

它是最簡(jiǎn)單也最常用的網(wǎng)絡(luò)IO模型。linux下默認(rèn)的socket都是blocking的。

從圖中可以看到，用戶進(jìn)程調(diào)用recvfrom這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用后，就處于阻塞狀態(tài)。然后kernel就開(kāi)始了IO的之一個(gè)階段：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。等之一個(gè)階段準(zhǔn)備完成之后，kernel開(kāi)始第二階段，將數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到用戶程序緩沖區(qū)（需要花費(fèi)一定時(shí)間）。然后kernel返回結(jié)果（確切的說(shuō)是recvfrom這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)返回結(jié)果），用戶進(jìn)程才結(jié)束blocking，重新運(yùn)行起來(lái)。

總結(jié)

：

同步阻塞模型下，用戶程序在kernel執(zhí)行io的兩個(gè)階段都被blocking住了

。但是優(yōu)點(diǎn)也是因?yàn)檫@個(gè)，無(wú)延遲能及時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)，且程序模型簡(jiǎn)單。

二：同步非阻塞

同步非阻塞就是隔一會(huì)瞄一下的輪詢方式。同步非阻塞模式其實(shí)是可以看做一小段一小段的同步阻塞模式。

三：IO多路復(fù)用

由于同步非阻塞方式需要不斷的輪詢，光輪詢就占據(jù)了很大一部分過(guò)程，且消耗cpu資源。而這個(gè)用戶進(jìn)程可能不止對(duì)這個(gè)socket的read，可能還有對(duì)其他socket的read或者write操作，那人們就想到了一次輪詢的時(shí)候，不光只查詢?cè)円粋€(gè)socket fd，而是在一次輪詢下，查詢多個(gè)任務(wù)的socket fd的完成狀態(tài)，只要有任何一個(gè)任務(wù)完成，就去處理它。而且，輪詢?nèi)瞬皇沁M(jìn)程的用戶態(tài)，而是有人幫忙就好了。那么這就是所謂的

IO多路復(fù)用

。總所周知的linux下的select，poll和epoll就是這么干的。。。

selelct調(diào)用是內(nèi)核級(jí)別的，selelct輪詢相比較同步非阻塞模式下的輪詢的區(qū)別為：

前者可以等待多個(gè)socket，能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)IO端口的監(jiān)聽(tīng)

，當(dāng)其中任何一個(gè)socket數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，就返回可讀。

select或poll調(diào)用之后，會(huì)阻塞進(jìn)程

，與blocking IO 阻塞不用在于，此時(shí)的select不是等到所有socket數(shù)據(jù)達(dá)到再處理，而是某個(gè)socket數(shù)據(jù)就會(huì)返回給用戶進(jìn)程來(lái)處理。

其實(shí)select這種相比較同步non-blocking的效果在單個(gè)任務(wù)的情況下可能還更差一些

，因?yàn)檫@里調(diào)用了select和recvfrom兩個(gè)system call，而non-blocking只調(diào)用了一個(gè)recvfrom，但是

用select的優(yōu)勢(shì)在于它可以同時(shí)處理多個(gè)socket fd

。

在io復(fù)用模型下，對(duì)于每一個(gè)socket，一般都設(shè)置成non-blocking，但是其實(shí)

整個(gè)用戶進(jìn)程是一直被block的

，只不過(guò)用戶process不是被socket IO給block住，而是被select這個(gè)函數(shù)block住的。

與多進(jìn)程多線程技術(shù)相比，IO多路復(fù)用的更大優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小。

一：select

select函數(shù)監(jiān)視多個(gè)socket fs，直到有描述符就緒或者超時(shí)，函數(shù)返回。當(dāng)select函數(shù)返回后，可以通過(guò)遍歷fdset，來(lái)找到就緒的描述符。select的基本流程為：

二：poll

poll本質(zhì)上跟select沒(méi)有區(qū)別，它將用戶傳入的數(shù)組拷貝到內(nèi)核空間，然后查詢每個(gè)fd的狀態(tài)，如果某個(gè)fd的狀態(tài)為就緒，則將此fd加入到等待隊(duì)列中并繼續(xù)遍歷。如果遍歷完所有的fd后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有就緒的，則掛起當(dāng)前進(jìn)程，直到設(shè)備就緒或者主動(dòng)超時(shí)。被喚醒后它又要再次遍歷fd。

特點(diǎn)：

1：poll沒(méi)有更大連接數(shù)限制，因?yàn)樗怯没阪湵韥?lái)存儲(chǔ)的，跟selelct直接監(jiān)聽(tīng)fd不一樣。

2：同樣的大量的fd的數(shù)組被整體復(fù)制與用戶態(tài)和內(nèi)核地址空間之間。

3：poll還有一個(gè)特點(diǎn)是水平觸發(fā)：如果報(bào)告了fd后沒(méi)有被處理，則下次poll時(shí)還會(huì)再次報(bào)告該fd。

4：跟select一樣，在poll返回后，還是需要通過(guò)遍歷fdset來(lái)獲取已經(jīng)就緒的socket。當(dāng)fd很多時(shí)，效率會(huì)線性下降。

三：epoll

epoll支持水平觸發(fā)和邊緣觸發(fā)，更大的特點(diǎn)在于邊緣觸發(fā)，它只告訴進(jìn)程哪些fd剛剛變?yōu)榫途w態(tài)，并且只會(huì)通知一次。還有一個(gè)特點(diǎn)是，epoll使用“事件”的就緒通知方式，通過(guò)epoll_ctl注冊(cè)fd，一旦該fd就緒，內(nèi)核就會(huì)采用類似callback的回調(diào)機(jī)制來(lái)激活該fd，epoll_wait便可以收到通知。

沒(méi)有更大并發(fā)連接的限制，能打開(kāi)的FD的上限遠(yuǎn)大于1024（1G的內(nèi)存上能監(jiān)聽(tīng)約10萬(wàn)個(gè)端口）。

效率提升，不是輪詢的方式，不會(huì)隨著FD數(shù)目的增加效率下降。只有活躍可用的FD才會(huì)調(diào)用callback函數(shù)；即Epoll更大的優(yōu)點(diǎn)就在于它只管你“活躍”的連接，而跟連接總數(shù)無(wú)關(guān)，因此在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，Epoll的效率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于select和poll。

內(nèi)存拷貝，利用mmap()文件映射內(nèi)存加速與內(nèi)核空間的消息傳遞；即epoll使用mmap減少?gòu)?fù)制開(kāi)銷(xiāo)。

聊聊同步、異步、阻塞與非阻塞

聊聊Linux 五種IO模型

聊聊IO多路復(fù)用之select、poll、epoll詳解

關(guān)于linux socket異步的介紹到此就結(jié)束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關(guān)注本站。

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