前言
IO完成端口(IO completion ports)在多核計算機的並行異步IO請求方面提供了一種高效的線程模型。當進程創建一個IO完成端口時,系統創建一個相關聯的隊列,其唯一目的是服務與那些請求。IO完成端口通常和預先分配的線程池配合,相比於一個一個創建線程,這使其更快更高效。IOCP在進程之間並不共享,一個IOCP及其句柄只和創建它的進程關聯,但是一個進程中的多個線程可共享。IOCP最關鍵的地方就是,IOCP在IO請求和接收動作完成之后,激活線程池中的任意線程繼續操作,而不是在IO請求和接受完成之后,激活原等待中的線程。這樣的好處是防止等待線程閑置,和必須激活/切換到原等待線程的開銷。
大多應用存在的問題
曾見過很多服務,幾台,幾十台,幾百台服務器的,它們cpu大多數時間處於空閑狀態,也許需要大量計算的應用並沒有那么多,我們常見的應用大多主要讀寫關系數據庫,讀寫內存數據庫/緩存,RPC調用接口。IO耗時過多,CPU大量閑置,導致沒看到服務器資源大量消耗,便已不能承受日益增加的訪問量,再加服務器,依然大量浪費了資源。 CPU資源昂貴,每一個核心,同一時刻只能有一個線程在運行,超線程cpu同一時刻可以有兩個邏輯線程運行,所以說線程不是創建的越多越好,過多的線程只會增加線程切換帶來的成本。試想一下,如果應用線程池的線程,都在同步等待IO操作的結束,線程池中也就沒有空閑線程繼續處理請求,所以線程池會繼續創建線程以提供服務。惡性循環,則會帶來線程過多的成本,好在線程池不會讓這樣的事發生。那么到達服務器無法處理更多請求的程度時,http 503便出現了。
windows下使用IOCP
異步IO在於線程非阻塞,提高CPU利用率,增加服務器吞吐量,助我們承受更大的並發。在windows下使用IOCP,可以直接使用C#異步編程await/async。雖然C#可以直接操作win32API,但.NET平台已提供好異步IO的操作封裝,只需要簡單的語法,即可完成異步磁盤IO,異步HTTP請求,異步SOCKET,基於.NET框架現有的條件,也很容易做關系數據庫,redis,ElasticSearch,mongodb的異步讀寫。所以推薦在windows下的IO盡可能使用IOCP。IOCP本質上解決的問題就是CPU和IO速度極大的不對等。
基於IOCP的異步編程線程行為證明
簡單寫了個API接口,用於證明在異步IO操作的時候,線程並不阻塞等待IO結束,而是將請求交給驅動后返回線程池,繼續工作。
圖中代碼操作是先記錄當前請求處理中的線程ID,然后請求一個10s返回的網絡接口。用http客戶端並發請求圖中該接口后,我們稍后給出線程行為的結論。 我們都知道,如果說服務端線程是IO阻塞的,第一次請求,如果記錄了線程ID為1,那么在10s內,該線程一直在阻塞等待,所以10s內不會再出現該線程ID被記錄到日志中。 事實上結論是:
可以看到在同一秒甚至同一毫秒內,一個線程同時處理了多次http請求。另外可以確定的一個事實是,IO前和IO后,線程可能是不一樣的,也可能是一樣的。
感謝志同道合的你的閱讀,如果你希望長期學習到 .Net , Java , Kotlin ,Python 等原理知識,互聯網實踐干貨,技術感悟等,不妨 關注博客,或者閑暇時在微信公眾號上閱讀。