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并发编程开发是目前大多数软件开发程序员都在学习与应用的一种编程开发方式,而本文我们就通过案例分析来了解一下,并发编程开发都有哪些编程需求。
当我们在编写服务器端程序时会明确地知道大部分的程序都是会处理同时到达的多个请求的。因此我们不能好像HelloWorld那么简单的从一个简单的输入计算出输出来。因为我们会同时获得很多个输入,需要返回很多个输出。在这些处理的过程中,往往我们还会碰到需要“等待”或“阻塞”的情况,比如我们的程序要等待数据库处理结果,等待向另外一个进程请求结果等等……如果我们把请求一个挨着一个的处理,那么这些空闲的等待时间将白白浪费,造成用户的响应延时增加,以及整体系统的吞吐量极度下降。
所以在如何同时处理多个请求的问题上,业界有2个的方案。一种是多线程,一种是异步。在早期的系统中,多线程或多进程是常用的技术。这种技术的代码编写起来比较简单,因为每个线程中的代码都肯定是按先后顺序执行的。但是由于同时运行着多个线程,所以你无法保障多个线程之间的代码的先后顺序。这对于需要处理同一个数据的逻辑来说,是一个非常严重的问题,简单的例子就是显示某个新闻的阅读量。两个++操作同时运行,有可能结果只加了1,而不是2。所以多线程下,常常要加很多数据的锁,而这些锁又反过来可能导致线程的死锁。
因此异步回调模型在随后比多线程更加流行,除了多线程的死锁问题外,异步还能解决多线程下,线程反复切换导致不必要开销的问题:每个线程都需要一个独立的栈空间,在多线程并行运行的时候,这些栈的数据可能需要来回的拷贝,这额外消耗了CPU。同时由于每个线程都需要占用栈空间,所以在大量线程存在的时候,内存的消耗也是巨大的。而异步回调模型则能很好的解决这些问题,不过异步回调更像是“手工版”的并行处理,需要开发者自己去实现如何“并行”的问题。
异步回调基于非阻塞的I/O操作(网络和文件),这样我们就不用在调用读写函数的时候“卡”在那一句函数调用,而是立刻返回“有无数据”的结果。而Linux的epoll技术,则利用底层内核的机制,让我们可以快速的“查找”到有数据可以读写的连接\文件。由于每个操作都是非阻塞的,所以我们的程序可以只用一个进程就可以处理大量并发的请求。因为只有一个进程,所以所有的数据处理,其顺序都是固定的,不可能出现多线程中,两个函数的语句交错执行的情况,因此也不需要各种“锁”。从这个角度看,异步非阻塞的技术大大简化了开发的过程。
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