在IO編程一節中，我們已經知道，CPU的速度遠遠快于磁盤、網絡等IO。在一個線程中，CPU執行代碼的速度極快，然而，一旦遇到IO操作，如讀寫文件、發送網絡數據時，就需要等待IO操作完成，才能繼續進行下一步操作。這種情況稱為同步IO。

在IO操作的過程中，當前線程被掛起，而其他需要CPU執行的代碼就無法被當前線程執行了。

因為一個IO操作就阻塞了當前線程，導致其他代碼無法執行，所以我們必須使用多線程或者多進程來并發執行代碼，為多個用戶服務。每個用戶都會分配一個線程，如果遇到IO導致線程被掛起，其他用戶的線程不受影響。

多線程和多進程的模型雖然解決了并發問題，但是系統不能無上限地增加線程。由于系統切換線程的開銷也很大，所以，一旦線程數量過多，CPU的時間就花在線程切換上了，真正運行代碼的時間就少了，結果導致性能嚴重下降。

由于我們要解決的問題是CPU高速執行能力和IO設備的龜速嚴重不匹配，多線程和多進程只是解決這一問題的一種方法。

另一種解決IO問題的方法是異步IO。當代碼需要執行一個耗時的IO操作時，它只發出IO指令，并不等待IO結果，然后就去執行其他代碼了。一段時間后，當IO返回結果時，再通知CPU進行處理。

可以想象如果按普通順序寫出的代碼實際上是沒法完成異步IO的：

do_some_code() f = open('/path/to/file', 'r') r = f.read() # <== 線程停在此處等待IO操作結果 # IO操作完成后線程才能繼續執行: do_some_code(r)

所以，同步IO模型的代碼是無法實現異步IO模型的。

異步IO模型需要一個消息循環，在消息循環中，主線程不斷地重復“讀取消息-處理消息”這一過程：

loop = get_event_loop() while True:event = loop.get_event()process_event(event)

消息模型其實早在應用在桌面應用程序中了。一個GUI程序的主線程就負責不停地讀取消息并處理消息。所有的鍵盤、鼠標等消息都被發送到GUI程序的消息隊列中，然后由GUI程序的主線程處理。

由于GUI線程處理鍵盤、鼠標等消息的速度非常快，所以用戶感覺不到延遲。某些時候，GUI線程在一個消息處理的過程中遇到問題導致一次消息處理時間過長，此時，用戶會感覺到整個GUI程序停止響應了，敲鍵盤、點鼠標都沒有反應。這種情況說明在消息模型中，處理一個消息必須非常迅速，否則，主線程將無法及時處理消息隊列中的其他消息，導致程序看上去停止響應。

消息模型是如何解決同步IO必須等待IO操作這一問題的呢？當遇到IO操作時，代碼只負責發出IO請求，不等待IO結果，然后直接結束本輪消息處理，進入下一輪消息處理過程。當IO操作完成后，將收到一條“IO完成”的消息，處理該消息時就可以直接獲取IO操作結果。

在“發出IO請求”到收到“IO完成”的這段時間里，同步IO模型下，主線程只能掛起，但異步IO模型下，主線程并沒有休息，而是在消息循環中繼續處理其他消息。這樣，在異步IO模型下，一個線程就可以同時處理多個IO請求，并且沒有切換線程的操作。對于大多數IO密集型的應用程序，使用異步IO將大大提升系統的多任務處理能力。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的异步IO的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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