如何淺析編程語言中的五種編程模型

這篇文章給大家介紹如何淺析編程語言中的五種編程模型，內(nèi)容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

編程模型，我們可以簡單地理解為，它就是模板，遇到相似問題就可以方便依模板解決,這樣就簡化了編程問題。不同的編程環(huán)境和不同的應用對象有不同的編程模型。編程模型也是學習編程內(nèi)容中的基礎知識，小編帶著大家來淺析五種編程模型。

一、同步異步，阻塞非阻塞區(qū)別聯(lián)系

實際上同步與異步是針對應用程序與內(nèi)核的交互而言的。同步過程中進程觸發(fā)IO操作并等待(也就是我們說的阻塞)或者輪詢的去查看IO操作(也就是我們說的非阻塞)是否完成。異步過程中進程觸發(fā)IO操作以后，直接返回，做自己的事情，IO交給內(nèi)核來處理，完成后內(nèi)核通知進程IO完成。同步和異步針對應用程序來，關注的是程序中間的協(xié)作關系；阻塞與非阻塞更關注的是單個進程的執(zhí)行狀態(tài)。同步有阻塞和非阻塞之分，異步?jīng)]有，它一定是非阻塞的。阻塞、非阻塞、多路IO復用，都是同步IO，異步必定是非阻塞的，所以不存在異步阻塞和異步非阻塞的說法。真正的異步IO需要CPU的深度參與。換句話說，只有用戶線程在操作IO的時候根本不去考慮IO的執(zhí)行全部都交給CPU去完成，而自己只等待一個完成信號的時候，才是真正的異步IO。所以，拉一個子線程去輪詢、去死循環(huán)，或者使用select、poll、epool，都不是異步。

同步：執(zhí)行一個操作之后，進程觸發(fā)IO操作并等待(也就是我們說的阻塞)或者輪詢的去查看IO操作(也就是我們說的非阻塞)是否完成，等待結(jié)果，然后才繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的操作。

異步：執(zhí)行一個操作后，可以去執(zhí)行其他的操作，然后等待通知再回來執(zhí)行剛才沒執(zhí)行完的操作。

阻塞：進程給CPU傳達一個任務之后，一直等待CPU處理完成，然后才執(zhí)行后面的操作。

非阻塞：進程給CPU傳達任我后，繼續(xù)處理后續(xù)的操作，隔斷時間再來詢問之前的操作是否完成。這樣的過程其實也叫輪詢。

二、IO模型（五種編程模型）

這里統(tǒng)一使用Linux下的系統(tǒng)調(diào)用recv作為例子，它用于從套接字上接收一個消息，因為是一個系統(tǒng)調(diào)用，所以調(diào)用時會從用戶進程空間切換到內(nèi)核空間運行一段時間再切換回來。默認情況下recv會等到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)到達并且復制到用戶進程空間或者發(fā)生錯誤時返回，而第4個參數(shù)flags可以讓它馬上返回。

1、阻塞IO模型

使用recv的默認參數(shù)一直等數(shù)據(jù)直到拷貝到用戶空間，這段時間內(nèi)進程始終阻塞。A同學用杯子裝水，打開水龍頭裝滿水然后離開。這一過程就可以看成是使用了阻塞IO模型，因為如果水龍頭沒有水，他也要等到有水并裝滿杯子才能離開去做別的事情。很顯然，這種IO模型是同步的。

2、非阻塞IO模型

改變flags，讓recv不管有沒有獲取到數(shù)據(jù)都返回，如果沒有數(shù)據(jù)那么一段時間后再調(diào)用recv看看，如此循環(huán)。B同學也用杯子裝水，打開水龍頭后發(fā)現(xiàn)沒有水，它離開了，過一會他又拿著杯子來看看……在中間離開的這些時間里，B同學離開了裝水現(xiàn)場(回到用戶進程空間)，可以做他自己的事情。這就是非阻塞IO模型。但是它只有是檢查無數(shù)據(jù)的時候是非阻塞的，在數(shù)據(jù)到達的時候依然要等待復制數(shù)據(jù)到用戶空間(等著水將水杯裝滿)，因此它還是同步IO。

3、IO復用模型

這里在調(diào)用recv前先調(diào)用select或者poll，這2個系統(tǒng)調(diào)用都可以在內(nèi)核準備好數(shù)據(jù)(網(wǎng)絡數(shù)據(jù)到達內(nèi)核)時告知用戶進程，這個時候再調(diào)用recv一定是有數(shù)據(jù)的。因此這一過程中它是阻塞于select或poll，而沒有阻塞于recv，有人將非阻塞IO定義成在讀寫操作時沒有阻塞于系統(tǒng)調(diào)用的IO操作(不包括數(shù)據(jù)從內(nèi)核復制到用戶空間時的阻塞，因為這相對于網(wǎng)絡IO來說確實很短暫)，如果按這樣理解，這種IO模型也能稱之為非阻塞IO模型，但是按POSIX來看，它也是同步IO，那么也和樓上一樣稱之為同步非阻塞IO吧。

這種IO模型比較特別，分個段。因為它能同時監(jiān)聽多個文件描述符(fd)。這個時候C同學來裝水，發(fā)現(xiàn)有一排水龍頭，舍管阿姨告訴他這些水龍頭都還沒有水，等有水了告訴他。于是等啊等(select調(diào)用中)，過了一會阿姨告訴他有水了，但不知道是哪個水龍頭有水，自己看吧。于是C同學一個個打開，往杯子里裝水(recv)。這里再順便說說鼎鼎大名的epoll(高性能的代名詞啊)，epoll也屬于IO復用模型，主要區(qū)別在于舍管阿姨會告訴C同學哪幾個水龍頭有水了，不需要一個個打開看(當然還有其它區(qū)別)。

4、信號驅(qū)動IO模型

通過調(diào)用sigaction注冊信號函數(shù)，等內(nèi)核數(shù)據(jù)準備好的時候系統(tǒng)中斷當前程序，執(zhí)行信號函數(shù)(在這里面調(diào)用recv)。D同學讓舍管阿姨等有水的時候通知他(注冊信號函數(shù))，沒多久D同學得知有水了，跑去裝水。是不是很像異步IO？很遺憾，它還是同步IO(省不了裝水的時間啊)。

5、異步IO模型

調(diào)用aio_read，讓內(nèi)核等數(shù)據(jù)準備好，并且復制到用戶進程空間后執(zhí)行事先指定好的函數(shù)。E同學讓舍管阿姨將杯子裝滿水后通知他。整個過程E同學都可以做別的事情(沒有recv)，這才是真正的異步IO。

一般來講：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO復用模型(select/poll/epoll)、信號驅(qū)動IO模型都屬于同步IO，因為階段2是阻塞的(盡管時間很短)。只有異步IO模型是符合POSIX異步IO操作含義的，不管在階段1還是階段2都可以干別的事。

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