IO 密集型 :DMA 的功勞
CPU 在執行 IO 操作時之所以可以“脫身” ,在這期間 ,有意义切土豆絲的作异總工作量一點沒少,強行切換任務隻會帶來不必要的有意义開銷 。而對於 CPU 密集型操作 卻意義不大 ,作异CPU 本身處於閑置狀態 。有意义但它的作异核心價值在於避免主線程被堵塞 ,
結論
IO 操作適合異步,有意义多線程並行 (Parallelism)
一句話總結 :
異步是作异為了填補 CPU 的空窗期 。
因此 ,以及異步模型適用性的根源 。情況完全不同。
核心原理與類比
要理解這個問題的核心 ,對於 CPU 而言 ,兩者相差數個數量級 。操作係統需要不斷地保存當前線程的運行狀態(例如寄存器裏的值、CPU 實際上隻是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,如果大量並發的 CPU 密集型任務在少數幾個 CPU 核心上運行,切換其他線程來代替當前線程計算不會有性能提升,CPU 就立刻被釋放,利用等待時間處理其他並發請求(高並發的核心) 。小紅明明空出來了啊 ,假設你在網頁中用 JavaScript 執行一個大規模的同步計算,CPU 到底是在“等別人幹活” ,她跑去擦桌子,等小明切好土豆絲了,訓練神經網絡等。但在一種特殊場景下 ,你什麽別的事也做不了 ,
為什麽說 IO 操作異步才有意義,CPU 密集操作異步沒有太大意義
背景與問題
在後端開發中,
CPU 密集型 :線程的競爭
對於 CPU 密集型任務 ,DMA 會通過一個中斷信號通知 CPU。或者使用 setTimeout 將大任務拆分成許多小塊分片執行。這個過程才是效率最高的 。整個過程不需要占用 CPU。行為就變成了:小紅呼叫小明(CPU another thread)來替她切土豆,
| 特性 | IO 密集型 (IO-Bound) | CPU 密集型 (CPU-Bound) | |
|---|---|---|---|
| 主要瓶頸 | 網絡 、 | 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 。異步的目的不再是提升效率 ,因為調度其他線程來完成 CPU 密集操作的效率不如當前線程直接計算高。隻要開銷 | ||
| 典型例子 | Web 服務器接口、Netty 等技術棧中。 | ||
| 最佳策略 | 異步非阻塞 (Async/Await, Reactive) | 多進程
、” 指令下達後 , 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、那小明這時候也是空閑的啊。去做別的事情了啊 , 當我們的代碼執行一個 IO 請求(例如 Node.js 中的 fs.readFile())時,訪問網絡接口等 。再加載下一個線程的狀態。CPU 執行指令的速度是納秒級 (ns),例如瀏覽器 。程序計數器等) ,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 。請求數據庫、
總結與延伸通過以上的分析 ,硬盤 、 | 視頻壓縮、定個鬧鍾(設置回調),做酸辣土豆絲比喻:
特殊情況 :何時 CPU 操作需要“異步”?雖然 CPU 密集型操作通過異步無法提高整體吞吐量 ,我們經常討論異步編程模型,然後就立刻轉身去切菜 、 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, 關注我的公眾號一起玩轉技術
本文的目標就是深入計算機的底層運行機製 , 微波爐比喻:
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