事件驱动、异步I/O

一、事件驱动模型

通常我们写服务器处理模型程序时候，有以下几个模型：

每收到一个请求，创建一个新的进程，来处理该请求
每收到一个请求，创建一个新的线程，来处理该请求
每收到一个请求，放入一个事件列表，让主进程通过非阻塞I/O方式来处理请求（事件驱动）

以上3点优缺点：

创建进程的开销比较大，导致服务器性能变差，但实现比较简单
涉及到线程同步问题，可能会死锁
逻辑较为复杂，但是大多数网络服务器都采用这种方法

那么什么是事件驱动模型呢？举一个简单的例子：
当我们使用鼠标时候，那么电脑如何获取鼠标点击呢？
（1）创建一个线程，该线程一直循环检测是否有鼠标点击。
缺点：浪费CPU资源、容易堵塞（点1下还没处理完再点击无用）、不能同时检测鼠标和键盘（一次只能干一个事情）
（2）事件驱动模型：根据不同的事件做出不同的反应，很多UI平台都会提供onClick()事件。事件驱动模型的思路：
1.有一个事件队列
2.鼠标按下时，向队列中加入一个点击事件
3.有一个循环程序，不断地从队列取出事件，根据不同的事件，调用不同的函数
4.事件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
5.当处理线程处理完当前任务，要执行一个回调函数，告诉你该任务已经执行完毕

这就是事件驱动模型。

二、异步I/O

想要说异步I/O，我们要先谈谈linux系统下的4种网络模式方案。（阻塞I/O，非阻塞I/O，I/O多路复用，异步I/O）再说这个之前我们要先理解操作系统如何接收数据》》》数据通过socket发过来，先由操作系统存在内核空间，在从内核空间发送到用户空间（内存）。下面说一下4种模型：

    阻塞I/O：在linux中，默认情况下所有的socket都是阻塞的，在等待socket发数据时候，是阻塞的。当接收的数据被
             拷贝到内核缓冲区时候，也会阻塞。
    非阻塞I/O：在接收数据时候不会阻塞，一旦数据没准备好，返回一个error（一旦发现是error就知道数据没准备好）
               可以再次接收数据或者去干别的，内核数据拷贝到用户空间还是阻塞的。
    I/O多路复用（三种模式select,poll,epoll）：这三种模式就是在不断地检查每个socket是否有数据发送过来
        单一进程单一线程，当用户调用select,那么整个进程就会被阻塞，同时内核会监听select负责的所有socket，
        当任何一个准备好，select就会返回数据，然后把数据从内核拷贝到用户空间。
    异步I/O:用户发起请求，就不用管了，可以干别的事。不会阻塞进程。内核去处理数据，当结束后发送一个signal给用户
            告诉用户完成了。

I/O多路复用中：
select：每次都要循环n个socket连接，浪费资源，只能监控n个连接
poll：取消了最多连接个数n，可以监控更多的连接
epoll:监控socket,会返回哪一个有数据，数据还在内核中，用户需要自己调用recv等，这样就不用全都循环一遍了
介绍一下I/O多路复用中的select模块：

select服务器：

#用select模拟socket server
#需要在非阻塞模式下进行
import select,socket,queue
server=socket.socket()
server.bind(('localhost',9000))
server.listen(1000)  #监听1000个
#设置非阻塞模式
server.setblocking(False)  #设置非阻塞模式
inputs=[server,] #监听的连接放在这里
outputs=[]

while True:
    readable,writeable,exceptional=select.select(inputs,outputs,inputs )  #第一个inputs是检测哪些链接，第二个inputs返回有问题的链接
    print(readable,writeable,exceptional)
    for r in readable:
        if r is server:  #代表进来一个新链接
            conn,addr=server.accept()  #没有连接就报错
            print('来了一个新链接：',addr)
            #建立连接完成，开始收数据,需要让内核通知你要发数据了，才能收
            inputs.append(conn) #要想实现客户端发数据来时，server能知道，就需要让select再监测这个conn
        #这样一来inputs中就有server和 conn,如果返回server说明又有新链接进来，如果返回conn说明可以接收数据了
        else:
            data=r.recv(1024)
            print('recv:',data)

            r.send(data)
            print('send done ....')

select 客户端：


import socket
HOST='localhost'
PORT=9000
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.connect((HOST,PORT))
while True:
    msg=bytes(input('>>:'),encoding= 'utf-8')
    s.sendall(msg)
    data=s.recv(1024)
    print('Received',repr(data))  #repr格式化输出
s.close()

看一下结果：
这里写图片描述

我们开启两个客户端，分别给服务器发送消息，可以看见服务器连接了两个客户端，也接收到了客户端数据。这就是I/O多路复用的一种模式，监听socket是否有消息发过来，并把数据存在用户空间。