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1.分清异步/同步,阻塞/非阻塞。
首先讲下个人对异步和同步,阻塞和非阻塞的概念的理解。
关于这个概念看了许多解释,都是似是而非,并不能完全get到点。个人认为从进程间通信的角度理解比较好,在《操作系统》中关于的部分是这样解释的:
进程间的通信时通过 send() 和 receive() 两种基本操作完成的。具体如何实现这两种基础操作,存在着不同的设计。
消息的传递有可能是阻塞的或非阻塞的 – 也被称为同步或异步的:
- 阻塞式发送(blocking send). 发送方进程会被一直阻塞, 直到消息被接受方进程收到。
- 非阻塞式发送(nonblocking send)。 发送方进程调用 send() 后, 立即就可以其他操作。
- 阻塞式接收(blocking receive) 接收方调用 receive() 后一直阻塞, 直到消息到达可用。
- 非阻塞式接受(nonblocking receive) 接收方调用 receive() 函数后, 要么得到一个有效的结果, 要么得到一个空值, 即不会被阻塞。
上述不同类型的发送方式和不同类型的接收方式,可以自由组合。也就是说,阻塞和非阻塞可以理解为是发送方的行为,同步和异步是接收方的行为。举个例子:
我们现在去在一条步行街上的银行办理业务,根据场景可以解释为以下多种情况:
拿到号后,自己是一直在等候区等待(阻塞),还是出去逛街,时不时回来确认一下(非阻塞)。
轮到我们办理业务的时候,是我们自己确认轮到自己了(同步),还是银行会通知我们去办理业务(异步)。
2.异步调用的原理
如果我们使用一个异步调用方法的时候,可以理解为,发送完请求后,我们就可以继续去做自己的事情,然后在一个合适的节点去取数据即可。这里需要明确,是谁帮我们把这些事情做完的。一般,有两种情况:
第一种情况,本地IO操作时,可以通过DMA功能实现,在调用DMA传输数据的时候,CPU是不需要执行处理的,只需要发起传输和等待传输即可,也就是说,在这段时间里,CPU可以干点别的事情。DMA的英文拼写是“Direct Memory Access”,汉语的意思就是直接内存访问。DMA既可以指内存和外设直接存取数据这种内存访问的计算机技术,又可以指实现该技术的硬件模块(对于通用计算机PC而言,DMA控制逻辑由CPU和DMA控制接口逻辑芯片共同组成,嵌入式系统的DMA控制器内建在处理器芯片内部,一般称为DMA控制器,DMAC)。
第二种情况,通过多线程实现,主线程发起请求操作(这里用线程解释,多进程也是可以的),系统选取一个线程接过这个主线程的请求任务,然后当异步调用晚餐后,系统会从可用线程中选取一个线程执行回调函数,将结果推回给主线程。这里的异步调用,主要是为了让调用方法的主线程不需要同步等待在这个函数调用上,从而可以让主线程继续执行它下面的代码。
关于第二种情况,实现的核心思路在于:
1.其他线程/进程执行IO操作,让发起请求方可以不用等待。
2.在执行完异步调用后,通知调用者提取相关数据(这里可以使用注册回调函数的办法)。
3.RPC中的异步调用
RPC框架中,异步请求是一个很重要的方法。一般,在RPC框架中,如果我们使用同步调用,在发起请求后,只能等待结果,中间不能去干其他的事情。我们也称这种模式为请求-响应模式。这个模式优点在于时序清晰,逻辑简单,缺点也显而易见,大量的CPU时间会阻塞在等待请求的响应上,另外,也会存在只能由客户端向服务端发送请求,而服务端无法主动向客户端发送事件通知,也就是缺乏callback机制。
在RPC框架中,一个比较通用的异步调用方法,是在双向会话式的基础上,让调用方通过注册回调函数来获得请求结果实现。双向会话式通讯机制通过去掉请求的返回值,所有的方法请求都定义为无返回结果,调用方在发出请求之后就可以继续干后面的事情了,而不需要再等待服务返回结果。同时针对服务接口定义一个Callback接口用于服务端向客户端发送请求结果和事件通知,通过回调函数,服务器就可以主动向客户端发送消息,将消息推回给请求方。
以上,就是对异步调用的个人理解过程,从基本概念到如何实现。
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