python 异步IO

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异步IO 

　　即异步的IO，IO即IO操作，异步：有两个程序，当执行其中一个程序的时候，如果不耽误执行另一个程序，那么这种执行方式就是异步。异步IO即执行IO操作的时候还可以同时执行其他的程序，那么为什么会有异步IO呢？这种模式是为了解决那些缺陷呢？有什么优点呢？

　　在一个线程中，CPU执行代码的速度极快，然而，一旦遇到IO操作，如读写文件、发送网络数据时，就需要等待IO操作完成，才能继续进行下一步操作。这种情况称为同步IO。而在IO操作的过程中，当前线程被挂起，而其他需要CPU执行的代码就无法被当前线程执行了。因为一个IO操作就阻塞了当前线程，导致其他代码无法执行，所以我们必须使用多线程或者多进程来并发执行代码，为多个用户服务。每个用户都会分配一个线程，如果遇到IO导致线程被挂起，其他用户的线程不受影响。（解决办法一）聪明的你肯定会发现，这里面压根就没有异步什么事，按照常识来说，那么这种解决办法一定有缺点，而异步，就是用来解决这些缺点的：

　　没错，多线程和多进程的模型虽然解决了并发问题，但是系统不能无上限地增加线程。由于系统切换线程的开销也很大，所以，一旦线程数量过多，CPU的时间就花在线程切换上了，真正运行代码的时间就少了，结果导致性能严重下降。

　　所以，另一种解决IO问题的方法是异步IO。当代码需要执行一个耗时的IO操作时，它只发出IO指令，并不等待IO结果，然后就去执行其他代码了。一段时间后，当IO返回结果时，再通知CPU进行处理。

　　

为了更好理解异步和同步，有课代表举出了一个例子：

老张爱喝茶，废话不说，煮开水。

出场人物：老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。

1 老张把水壶放到火上，立等水开。（同步阻塞）

老张觉得自己有点傻

2 老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞）

老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。

3老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞）

老张觉得这样傻等意义不大

4 老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）

老张觉得自己聪明了。

所谓同步异步，只是对于水壶而言。 普通水壶，同步；响水壶，异步。

虽然都能干活，但响水壶可以在自己完工之后，提示老张水开了。这是普通水壶所不能及的。

同步只能让调用者去轮询自己（情况2中），造成老张效率的低下。

所谓阻塞非阻塞，仅仅对于老张而言。

立等的老张，阻塞；看电视的老张，非阻塞。 情况1和情况3中老张就是阻塞的，媳妇喊他都不知道。

虽然3中响水壶是异步的，可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的，这样才能发挥异步的效用。

异步IO的实现方法：

　　可以想象按照同步IO的编程顺序写出的代码是没有办法实现异步IO的

do_some_code()
f = open('/path/to/file', 'r')
r = f.read() # <== 线程停在此处等待IO操作结果*****看着里
# IO操作完成后线程才能继续执行:
do_some_code(r)

　　所以，同步IO模型的代码是没法实现异步IO的，在前面的例子中，响水壶之所以被称为是异步的，就是因为它有一个提示用户的方法，异步IO需要一个消息循环，在消息循环中，主线程不断重复“读取消息-处理消息”这一过程：

loop = get_event_loop()
while True:
    event = loop.get_event()
    process_event(event)

　　

　　消息模型其实早在应用在桌面应用程序中了。一个GUI程序的主线程就负责不停地读取消息并处理消息。所有的键盘、鼠标等消息都被发送到GUI程序的消息队列中，然后由GUI程序的主线程处理。

　　由于GUI线程处理键盘、鼠标等消息的速度非常快，所以用户感觉不到延迟。某些时候，GUI线程在一个消息处理的过程中遇到问题导致一次消息处理时间过长，此时，用户会感觉到整个GUI程序停止响应了，敲键盘、点鼠标都没有反应。这种情况说明在消息模型中，处理一个消息必须非常迅速，否则，主线程将无法及时处理消息队列中的其他消息，导致程序看上去停止响应。

　　消息模型是如何解决同步IO必须等待IO操作这一问题的呢？当遇到IO操作时，代码只负责发出IO请求，不等待IO结果，然后直接结束本轮消息处理，进入下一轮消息处理过程。当IO操作完成后，将收到一条“IO完成”的消息，处理该消息时就可以直接获取IO操作结果。

　　在“发出IO请求”到收到“IO完成”的这段时间里，同步IO模型下，主线程只能挂起，但异步IO模型下，主线程并没有休息，而是在消息循环中继续处理其他消息。这样，在异步IO模型下，一个线程就可以同时处理多个IO请求，并且没有切换线程的操作。对于大多数IO密集型的应用程序，使用异步IO将大大提升系统的多任务处理能力。

补充：

　　协程只是程序调度的方式，多线程和多进程由操作系统调度，而协程由程序自身即程序员调度，仅此而已。异步io指的是程序只发io指令并不阻塞等待io结果，在io结束前需要io结果的代码当然不能执行，所以我们通过协程调度，然后让cup去执行别的代码，等io结束再切换回来，其实就只是增加cup的利用。io不是cpu在干活，而是磁盘网络之类，正是因为cpu的速度远高于磁盘及网络，所以我们通过异步的方式来io，就是io的时候不让cpu傻站着等，io结束后，需要io结果的代码需要接着执行，所以需要使用协程切换回来，协程只是可以让程序在某个地方停下来，然后在需要的时候(io完成后)再接着执行。

　　即不让CPU一直等着，可以去做别的事情，假如没有异步的方式去IO，CPU就会一直等着，啥事也不做，知道IO完成后才开始。