詳解事件驅動跟消息驅動機制相比


事件驅動和異步IO
通常,我們寫服務器處理模型的程序時,有以下幾種模型:
(1)每收到一個請求,創建一個新的進程,來處理該請求;
(2)每收到一個請求,創建一個新的線程,來處理該請求;
(3)每收到一個請求,放入一個事件列表,讓主進程通過非阻塞I/O方式來處理請求
上面的幾種方式,各有千秋,
第(1)中方法,由於創建新的進程的開銷比較大,所以,會導致服務器性能比較差,但實現比較簡單。
第(2)種方式,由於要涉及到線程的同步,有可能會面臨死鎖等問題。
第(3)種方式,在寫應用程序代碼時,邏輯比前面兩種都復雜。
綜合考慮各方面因素,一般普遍認為第(3)種方式是大多數網絡服務器采用的方式
 
看圖說話講事件驅動模型
在UI編程中,常常要對鼠標點擊進行相應,首先如何獲得鼠標點擊呢?
方式一:創建一個線程,該線程一直循環檢測是否有鼠標點擊,那么這個方式有以下幾個缺點:
1. CPU資源浪費,可能鼠標點擊的頻率非常小,但是掃描線程還是會一直循環檢測,這會造成很多的CPU資源浪費;如果掃描鼠標點擊的接口是阻塞的呢?
2. 如果是堵塞的,又會出現下面這樣的問題,如果我們不但要掃描鼠標點擊,還要掃描鍵盤是否按下,由於掃描鼠標時被堵塞了,那么可能永遠不會去掃描鍵盤;
3. 如果一個循環需要掃描的設備非常多,這又會引來響應時間的問題;
所以,該方式是非常不好的。

方式二:就是事件驅動模型
目前大部分的UI編程都是事件驅動模型,如很多UI平台都會提供onClick()事件,這個事件就代表鼠標按下事件。事件驅動模型大體思路如下:
1. 有一個事件(消息)隊列;
2. 鼠標按下時,往這個隊列中增加一個點擊事件(消息);
3. 有個循環,不斷從隊列取出事件,根據不同的事件,調用不同的函數,如onClick()、onKeyDown()等;
4. 事件(消息)一般都各自保存各自的處理函數指針,這樣,每個消息都有獨立的處理函數;

 

 

 

事件驅動編程是一種編程范式,這里程序的執行流由外部事件來決定。它的特點是包含一個事件循環,當外部事件發生時使用回調機制來觸發相應的處理。另外兩種常見的編程范式是(單線程)同步以及多線程編程。

讓我們用例子來比較和對比一下單線程、多線程以及事件驅動編程模型。下圖展示了隨着時間的推移,這三種模式下程序所做的工作。這個程序有3個任務需要完成,每個任務都在等待I/O操作時阻塞自身。阻塞在I/O操作上所花費的時間已經用灰色框標示出來了。

 

 

在單線程同步模型中,任務按照順序執行。如果某個任務因為I/O而阻塞,其他所有的任務都必須等待,直到它完成之后它們才能依次執行。這種明確的執行順序和串行化處理的行為是很容易推斷得出的。如果任務之間並沒有互相依賴的關系,但仍然需要互相等待的話這就使得程序不必要的降低了運行速度。

在多線程版本中,這3個任務分別在獨立的線程中執行。這些線程由操作系統來管理,在多處理器系統上可以並行處理,或者在單處理器系統上交錯執行。這使得當某個線程阻塞在某個資源的同時其他線程得以繼續執行。與完成類似功能的同步程序相比,這種方式更有效率,但程序員必須寫代碼來保護共享資源,防止其被多個線程同時訪問。多線程程序更加難以推斷,因為這類程序不得不通過線程同步機制如鎖、可重入函數、線程局部存儲或者其他機制來處理線程安全問題,如果實現不當就會導致出現微妙且令人痛不欲生的bug。

在事件驅動版本的程序中,3個任務交錯執行,但仍然在一個單獨的線程控制中。當處理I/O或者其他昂貴的操作時,注冊一個回調到事件循環中,然后當I/O操作完成時繼續執行。回調描述了該如何處理某個事件。事件循環輪詢所有的事件,當事件到來時將它們分配給等待處理事件的回調函數。這種方式讓程序盡可能的得以執行而不需要用到額外的線程。事件驅動型程序比多線程程序更容易推斷出行為,因為程序員不需要關心線程安全問題。

當我們面對如下的環境時,事件驅動模型通常是一個好的選擇:

程序中有許多任務,而且…
任務之間高度獨立(因此它們不需要互相通信,或者等待彼此)而且…
在等待事件到來時,某些任務會阻塞。
當應用程序需要在任務間共享可變的數據時,這也是一個不錯的選擇,因為這里不需要采用同步處理。

網絡應用程序通常都有上述這些特點,這使得它們能夠很好的契合事件驅動編程模型。

事件驅動機制跟消息驅動機制相比

 
事件:按下鼠標,按下鍵盤,按下游戲手柄,將U盤插入USB接口,都將產生事件。比如說按下鼠標左鍵,將產生鼠標左鍵被按下的事件。
 消息:當鼠標被按下,產生了鼠標按下事件,windows偵測到這一事件的發生,隨即發出鼠標被按下的消息到消息隊列中,這消息附帶了一系列相關的事件信息,比如鼠標哪個鍵被按了,在哪個窗口被按的,按下點的坐標是多少?如此等等。
 
1.要理解事件驅動和程序,就需要與非事件驅動的程序進行比較。實際上,現代的程序大多是事件驅動的,比如多線程的程序,肯定是事件驅動的。早期則存在許多非事件驅動的程序,這樣的程序,在需要等待某個條件觸發時,會不斷地檢查這個條件,直到條件滿足,這是很浪費cpu時間的。而事件驅動的程序,則有機會釋放cpu從而進入睡眠態(注意是有機會,當然程序也可自行決定不釋放cpu),當事件觸發時被操作系統喚醒,這樣就能更加有效地使用cpu.
2.再說什么是事件驅動的程序。一個典型的事件驅動的程序,就是一個死循環,並以一個線程的形式存在,這個死循環包括兩個部分,第一個部分是按照一定的條件接收並選擇一個要處理的事件,第二個部分就是事件的處理過程。程序的執行過程就是選擇事件和處理事件,而當沒有任何事件觸發時,程序會因查詢事件隊列失敗而進入睡眠狀態,從而釋放cpu。
3.事件驅動的程序,必定會直接或者間接擁有一個事件隊列,用於存儲未能及時處理的事件。
4.事件驅動的程序的行為,完全受外部輸入的事件控制,所以,事件驅動的系統中,存在大量這種程序,並以事件作為主要的通信方式。
5.事件驅動的程序,還有一個最大的好處,就是可以按照一定的順序處理隊列中的事件,而這個順序則是由事件的觸發順序決定的,這一特性往往被用於保證某些過程的原子化。
6.目前windows,linux,nucleus,vxworks都是事件驅動的,只有一些單片機可能是非事件驅動的。

事件模式耦合高,同模塊內好用;消息模式耦合低,跨模塊好用。事件模式集成其它語言比較繁瑣,消息模式集成其他語言比較輕松。事件是侵入式設計,霸占你的主循環;消息是非侵入式設計,將主循環該怎樣設計的自由留給用戶。如果你在設計一個東西舉棋不定,那么你可以參考win32的GetMessage,本身就是一個藕合度極低的接口,又足夠自由,接口任何語言都很方便,具體應用場景再在其基礎上封裝成事件並不是難事,接口耦合較低,即便哪天事件框架調整,修改外層即可,不會傷經動骨。而如果直接實現成事件,那就完全反過來了。


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