一、阅前热身
为了更加形象的说明同步异步、阻塞非阻塞,我们以小明去买奶茶为例。
1、同步与异步
①同步与异步的理解
同步与异步的重点在消息通知的方式上,也就是调用结果通知的方式。
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同步
当一个同步调用发出去后,调用者要一直等待调用结果的通知后,才能进行后续的执行
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异步:
当一个异步调用发出去后,调用者不能立即得到调用结果的返回。
异步调用,要想获得结果,一般有两种方式:
1、主动轮询异步调用的结果;
2、被调用方通过callback来通知调用方调用结果。
②:生活实例
同步买奶茶:小明点单交钱,然后等着拿奶茶;
异步买奶茶:小明点单交钱,店员给小明一个小票,等小明奶茶做好了,再来取。
异步买奶茶,小明要想知道奶茶是否做好了,有两种方式:
1、小明主动去问店员,一会就去问一下:“奶茶做好了吗?”...直到奶茶做好。
2、等奶茶做好了,店员喊一声:“小明,奶茶好了!”,然后小明去取奶茶。
2、阻塞与非阻塞
①阻塞与非阻塞的理解
阻塞与非阻塞的重点在于进/线程等待消息时候的行为,也就是在等待消息的时候,当前进/线程是挂起状态,还是非挂起状态。
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阻塞
阻塞调用在发出去后,在消息返回之前,当前进/线程会被挂起,直到有消息返回,当前进/线程才会被激活.
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非阻塞
非阻塞调用在发出去后,不会阻塞当前进/线程,而会立即返回。
②:生活实例
阻塞买奶茶:小明点单交钱,干等着拿奶茶,什么事都不做;
非阻塞买奶茶:小明点单交钱,等着拿奶茶,等的过程中,时不时刷刷微博、朋友圈...
3、总结
通过上面的分析,我们可以得知:
同步与异步,重点在于消息通知的方式;阻塞与非阻塞,重点在于等消息时候的行为。
所以,就有了下面4种组合方式
- 同步阻塞:小明在柜台干等着拿奶茶;
- 同步非阻塞:小明在柜台边刷微博边等着拿奶茶;
- 异步阻塞:小明拿着小票啥都不干,一直等着店员通知他拿奶茶;
- 异步非阻塞:小明拿着小票,刷着微博,等着店员通知他拿奶茶。
二、Nginx如何处理高并发
1、Apache面对高并发,为什么很无力?
Apache处理一个请求是同步阻塞的模式。
每到达一个请求,Apache都会去fork一个子进程去处理这个请求,直到这个请求处理完毕。
面对低并发,这种模式没什么缺点,但是,面对高并发,就是这种模式的软肋了。
- 1个客户端占用1个进程,那么,进程数量有多少,并发处理能力就有多少,但操作系统可以创建的进程数量是有限的。
- 多进程就会有进程间的切换问题,而进程间的切换调度势必会造成CPU的额外消耗。当进程数量达到成千上万的时候,进程间的切换就占了CPU大部分的时间片,而真正进程的执行反而占了CPU的一小部分,这就得不偿失了。
下面,举例说明这2种场景是多进程模式的软肋:
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及时消息通知程序
比如及时聊天程序,一台服务器可能要维持数十万的连接(典型的C10K问题),那么就要启动数十万的进程来维持。这显然不可能。
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调用外部Http接口时
假设Apache启动100个进程来处理请求,每个请求消耗100ms,那么这100个进程能提供1000qps。
但是,在我们调用外部Http接口时,比如QQ登录、微博登录,耗时较长,假设一个请求消耗10s,也就是1个进程1s处理0.1个请求,那么100个进程只能达到10qps,这样的处理能力就未免太差了。
注:什么是C10K问题?
网络服务在处理数以万计的客户端连接时,往往出现效率低下甚至完全瘫痪,这被称为C10K问题。(concurrent 10000 connection)
综上,我们可以看出,Apache是同步阻塞的多进程模式,面对高并发等一些场景,是很苍白的。
2、Nginx何以问鼎高并发?
传统的服务器模型就是这样,因为其同步阻塞的多进程模型,无法面对高并发。
那么,有没有一种方式,可以让我们在一个进程处理所有的并发I/O呢?
答案是有的,这就是I/O复用技术。
①、I/O复用是神马?
最初级的I/O复用
所谓的I/O复用,就是多个I/O可以复用一个进程。
上面说的同步阻塞的多进程模型不适合处理高并发,那么,我们再来考虑非阻塞的方式。
采用非阻塞的模式,当一个连接过来时,我们不阻塞住,这样一个进程可以同时处理多个连接了。
比如一个进程接受了10000个连接,这个进程每次从头到尾的问一遍这10000个连接:“有I/O事件没?有的话就交给我处理,没有的话我一会再来问一遍。”
然后进程就一直从头到尾问这10000个连接,如果这1000个连接都没有I/O事件,就会造成CPU的空转,并且效率也很低,不好不好。
升级版的I/O复用
上面虽然实现了基础版的I/O复用,但是效率太低了。于是伟大的程序猿们日思夜想的去解决这个问题...终于!
我们能不能引入一个代理,这个代理可以同时观察许多I/O流事件呢?
当没有I/O事件的时候,这个进程处于阻塞状态;当有I/O事件的时候,这个代理就去通知进程醒来?
于是,早期的程序猿们发明了两个代理---select、poll。
select、poll代理的原理是这样的:
当连接有I/O流事件产生的时候,就会去唤醒进程去处理。
但是进程并不知道是哪个连接产生的I/O流事件,于是进程就挨个去问:“请问是你有事要处理吗?”......问了99999遍,哦,原来是第100000个进程有事要处理。那么,前面这99999次就白问了,白白浪费宝贵的CPU时间片了!痛哉,惜哉...
注:select与poll原理是一样的,只不过select只能观察1024个连接,poll可以观察无限个连接。
上面看了,select、poll因为不知道哪个连接有I/O流事件要处理,性能也挺不好的。
那么,如果发明一个代理,每次能够知道哪个连接有了I/O流事件,不就可以避免无意义的空转了吗?
于是,超级无敌、闪闪发光的epoll被伟大的程序员发明出来了。
epoll代理的原理是这样的:
当连接有I/O流事件产生的时候,epoll就会去告诉进程哪个连接有I/O流事件产生,然后进程就去处理这个进程。
如此,多高效!