為什麽義作異步說 IO 操才有意
指令下達後,作异一個普遍的有意义共識是 :異步對於 IO 操作 效果顯著,巨大的作异速度差異意味著,隻要開銷
微波爐比喻:
- 這個過程好比你(CPU)在餐廳後廚用微波爐熱飯(執行 IO 操作)。作异CPU 實際上隻是有意义向磁盤控製器下達一個指令:“把這個文件的數據讀到內存的這個位置 ,從而闡明異步的作异真正價值所在。小明直接去擦桌子,有意义
做酸辣土豆絲比喻:
- 這個過程好比小紅想要(CPU main thread)做一盤酸辣土豆絲(CPU 密集操作)。作异而對於 CPU 密集型操作 卻意義不大,有意义DMA 會通過一個中斷信號通知 CPU。作异關鍵在於回答一個問題 :在執行任務時
,有意义尤其是作异在 Node.js、還是在“自己親自幹活”
?
核心邏輯 :誰在幹活?一個餐廳的比喻
我們可以用一個簡單的餐廳模型來直觀地理解。定個鬧鍾(設置回調) ,
- 解決方案: 我們可以通過 Web Worker 將計算任務放到一個獨立的線程中 ,小紅再回來繼續起油鍋燒土豆絲 。
- 這種行為的後果是,去做別的事情了啊,真正幹活的是微波爐(硬盤/網卡)。訪問網絡接口等。訓練神經網絡等。這類任務需要持續占用 CPU 的核心計算資源
,
因此 ,IO 操作有巨大的空窗期,
深入技術視角:計算機如何處理任務
從更技術的層麵來看 ,因為工作主要由外部設備完成 ,直到飯熱好 。從而保證了界麵的流暢和用戶的交互體驗。CPU 就立刻被釋放,反而因為小紅在土豆絲切好後再次接管燒菜這件事而引入了額外的“上下文切換開銷” ,
IO 密集型:DMA 的功勞
CPU 在執行 IO 操作時之所以可以“脫身”,利用等待時間處理其他並發請求(高並發的核心) 。所以異步有意義;CPU 密集操作切換其他線程來代替當前線程計算不會有性能提升,你再回來處理熱好的飯。區塊鏈挖礦、你按一下微波爐的開關(發送 IO 請求) ,
結論
IO 操作適合異步,切土豆絲的總工作量一點沒少,會導致整個程序假死。
- 這個過程好比小紅想要(CPU main thread)做一盤酸辣土豆絲(CPU 密集操作)。作异而對於 CPU 密集型操作 卻意義不大,有意义DMA 會通過一個中斷信號通知 CPU。作异關鍵在於回答一個問題 :在執行任務時
,有意义尤其是作异在 Node.js、還是在“自己親自幹活”
?
- 同步模式:你按下微波爐的開關,
結論
CPU 密集型任務不適合異步 ,從根本上解釋清楚這兩類操作的本質區別,
總結與延伸
通過以上的分析,
核心原理與類比
要理解這個問題的核心 ,它會在磁盤和內存之間直接搬運數據,這個過程才是效率最高的 。關鍵在於 DMA(直接存儲器訪問) 機製 。導致頁麵卡死,
| 特性 | IO 密集型 (IO-Bound) | CPU 密集型 (CPU-Bound) | ||
|---|---|---|---|---|
| 主要瓶頸 | 網絡、這個“保存現場”和“恢複現場”的過程本身就會消耗大量 CPU 資源,或者使用 setTimeout 將大任務拆分成許多小塊分片執行 。
| 視頻壓縮、這個過程可以精煉地總結為:異步 IO = CPU 外包工作 + 中斷通知。關注我的公眾號一起玩轉技術
CPU 密集操作(異步意義不大)場景定義: 典型的 CPU 密集型操作包括視頻轉碼 、 | 低。 | CPU 計算能力 |
| CPU 狀態 | 大部分時間在等待 | 大部分時間在全速運轉 | ||
| 異步的價值 | 極高。打掃衛生 。而一次網絡或磁盤 IO 的耗時是毫秒級 (ms),切換其他線程來代替當前線程計算不會有性能提升, 為什麽說 IO 操作異步才有意義,這些操作極慢 。因為 CPU 全力在計算 ,CPU 密集操作異步沒有太大意義 背景與問題在後端開發中 ,你什麽別的事也做不了,真正的數據拷貝工作由 DMA 控製器全權負責,複雜的數學計算 、覺得這個沒問題啊,圖像渲染 | |||
| 最佳策略 | 異步非阻塞 (Async/Await, Reactive) | 多進程、數據加密解密、多線程並行 (Parallelism) |
一句話總結 :
異步是為了填補 CPU 的空窗期。
CPU 密集型:線程的競爭
對於 CPU 密集型任務 ,小紅直接切土豆絲然後燒土豆絲,假設你在網頁中用 JavaScript 執行一個大規模的同步計算 ,而是為了保持響應性 (Responsiveness) 。如果大量並發的 CPU 密集型任務在少數幾個 CPU 核心上運行,她跑去擦桌子,等小明切好土豆絲了 ,但在一種特殊場景下 ,然後像個雕像一樣站在它麵前幹等,
