非阻塞套接字与IO多路复用(转,python实现版)

半城伤御伤魂 提交于 2019-12-04 11:16:57

我们了解了socket之后已经知道,普通套接字实现的服务端的缺陷:一次只能服务一个客户端!

并且,为了使一个客户端能够不断收发消息,我们还要使用while循环来轮询,这极大地降低了我们的效率

accept阻塞!

在没有新的套接字来之前,不能处理已经建立连接的套接字的请求

recv 阻塞!

在没有接受到客户端请求数据之前,不能与其他客户端建立连接

可以用非阻塞接口来尝试解决这个问题!

阻塞IO模型

 

 

阻塞IO(blocking IO)的特点:就是在IO执行的两个阶段(等待数据和拷贝数据两个阶段)都被block了。

 什么是阻塞呢?想象这种情形:你要去车站接朋友,到了车站之后发现车还没到站,你现在有两种选择:

  1. 继续在等着,直到朋友的车到站。
  2. 先去干点别的,然后时不时地联系你的朋友询问车是否到站,朋友说到了,你再去车站

 很明显,大多数人都会选择第二种方案。

而在计算机世界,这两种情形就对应阻塞和非阻塞忙轮询。

  • 非阻塞轮询:数据没来,进程就不停的去检测数据,直到数据来。
  • 阻塞:数据没来,啥都不做,直到数据来了,才进行下一步的处理。

 非阻塞IO模型

 

非阻塞套接字和阻塞套接字的区别:

把套接字设置为非阻塞之后,如果没有得到想要的数据,就会抛出一个BlockingIOError的异常。我们可以通过捕获处理这个异常,让程序正常完成

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

非阻塞如何利用

  • 吃满 CPU !
  • 宁可用 while True ,也不要阻塞发呆!
  • 只要资源没到,就先做别的事!

 编程范式:

服务端

复制代码
import socket

CONN_ADDR = ('127.0.0.1', 9999)
conn_list = []  # 连接列表
server = socket.socket()  # 开启socket
server.setblocking(False)  # 设置为非阻塞
server.bind(CONN_ADDR)  # 绑定IP和端口到套接字
server.listen(5)          # 监听,5表示最大挂起数
print('start listen')
while True:
    try:
        conn,addr = server.accept() #等待客户端连接,没有就抛出BlockingIOError
        conn.setblocking(False)
        print('{}已连接'.format(addr))
        conn_list.append(conn)
    except BlockingIOError:
        pass
    conn_list = [x for x in conn_list] 
    for conn_socket in conn_list:#对已连接的套接字进行轮询
        try:
            data = conn_socket.recv(1024) #如有客户端发送消息,则打印并返回
        except BlockingIOError:
            pass
        else: #else在不报错的时候才执行
            if data: #判断客户端发过来的是不是空
                print(data.decode())
                conn_socket.send(data)
            else: #若为空,表示客户端已断开
                conn_socket.close()
                conn_list.remove(conn_socket)
                print('客户端数目:{}'.format(len(conn_list)))
复制代码

客户端

复制代码
import socket
client = socket.socket()
client.connect(('127.0.0.1',9999))
while True:
    data = input('>>>>>')
    if data == 'q': #按q退出
        break
    client.send(data.encode())

    response = client.recv(1024)

    print(response.decode())
复制代码

非阻塞IO模型优点:实现了同时服务多个客户端,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)。

 但是非阻塞IO模型绝不被推荐

非阻塞IO模型缺点:

  • 不停地轮询,占用较多的CPU资源。
  • 对应BlockingIOError的异常处理也是无效的CPU花费 !

如何解决:多路复用IO

多路复用IO

什么是IO多路复用技术呢,简单来说,就是我们把套接字交给操作系统去监控。

使用select函数进行IO请求和同步阻塞模型没有太大的区别,甚至还多了添加监视socket,以及调用select函数的额外操作,感觉效率更差。

但是,使用select以后最大的优势是用户可以在一个线程内同时处理多个socket的IO请求。用户可以注册多个socket,然后不断地调用select读取被激活的socket,

即可达到在同一个线程内同时处理多个IO请求的目的。而在同步阻塞模型中,必须通过多线程的方式才能达到这个目的。

epoll是目前Linux上效率最高的IO多路复用技术。

epoll是惰性的事件回调,惰性事件回调是由用户进程自己调用的,操作系统只起到通知的作用。

epoll实现并发服务器,处理多个客户端

 

复制代码
import socket
import selectors

# 注册一个epllo事件参数
# 1. 需要操作系统监控的套接字
# 2.事件(可读还是可写)
# 3.回调函数

def recv_data(conn):
    data = conn.recv(1024)

    if data:
        print('接收的数据是:%s' % data.decode())
        conn.send(data)
    else:
        print('断开连接',conn)
        e_poll.unregister(conn)
        conn.close()

def accept_conn(p_server):
    conn, addr = p_server.accept()
    print('Connected by', addr)
    # 也要注册一个事件
    e_poll.register(conn,selectors.EVENT_READ,recv_data)


CONN_ADDR = ('127.0.0.1', 9999)
server = socket.socket()
server.bind(CONN_ADDR)
server.listen(6)

# 生成一个epllo选择器实例 I/O多路复用,监控多个socket连接
e_poll = selectors.DefaultSelector() # Linux是epoll,Windows是select
e_poll.register(server, selectors.EVENT_READ, accept_conn)

# 事件循环
while True:
    # 事件循环不断地调用select获取发生变化的socket
    events = e_poll.select()
    for key, mask in events:
        call_back = key.data #key.data就是回调函数
        call_back(key.fileobj) #key.fileobj是套接字
复制代码
易学教程内所有资源均来自网络或用户发布的内容,如有违反法律规定的内容欢迎反馈
该文章没有解决你所遇到的问题?点击提问,说说你的问题,让更多的人一起探讨吧!