ASP.NET Core MVC I/O编程模型

• 1. ASP.NET Core MVC I/O编程模型
  • 1.1. I/O编程模型浅析
  • 1.2. 同步阻塞I/O
  • 1.3. 同步非阻塞I/O
  • 1.4. 异步I/O
  • 1.5. 总结

1.1. I/O编程模型浅析

服务器端编程经常需要构造高性能的IO模型，常见的IO模型有四种：

（1）同步阻塞IO（Blocking IO）：即传统的IO模型。

（2）同步非阻塞IO（Non-blocking IO）：默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。

（3）IO多路复用（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Java中的Selector和Linux中的epoll都是这种模型。

（4）异步IO（Asynchronous IO）：即经典的Proactor设计模式，也称为异步非阻塞IO。

同步和异步的概念描述的是用户线程与内核的交互方式：

• 同步是指用户线程发起IO请求后需要等待或者轮询内核IO操作完成后才能继续执行；

• 异步是指用户线程发起IO请求后仍继续执行，当内核IO操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。

阻塞和非阻塞的概念描述的是用户线程调用内核IO操作的方式：

• 阻塞是指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间；

• 非阻塞是指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到IO操作彻底完成。

1.2. 同步阻塞I/O

同步阻塞I/O模型是最简单的I/O模型，用户进程在进行I/O操作时被阻塞，如下图所示：

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在ASP.NET Core中没有使用多线程或加入异步关键字的模型均为同步阻塞I/O

     public IActionResult Sync()
        {
            var start = DateTime.Now;
            Add();
            return Json("start:"+start+"||| end:" + DateTime.Now);
        }

           void Add()
        {
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine(DateTime.Now);
        }

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1.3. 同步非阻塞I/O

在同步非阻塞整个IO请求的过程中，虽然用户线程每次发起IO请求后可以立即返回，但是为了等到数据，仍需要不断地轮询、重复请求，消耗了大量的CPU的资源。一般很少直接使用这种模型，而是在其他IO模型中使用非阻塞IO这一特性

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在ASP.NET Core 中可以使用多线程来实现同步非阻塞，在如下代码清单中可以看到，使用多线程调用一个会自动休眠2秒的方法，主线程Sync会先返回值，而不会阻塞。

    public IActionResult Sync()
    {
        var thread = new Thread(new ThreadStart(this.Add));
        thread.Start();
        return Json(DateTime.Now);
    }

    void Add()
    {
        Thread.Sleep(2000);
        Console.WriteLine(DateTime.Now);
    }

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而子线程由于被阻塞了2秒，因此时间为：

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如果想在同步非阻塞的情况下获得返回的数据，就需要轮询，重复的对线程请求。代码清单中使用while循环轮询线程。

   public IActionResult Sync()
    {
        short num = 10;
        var thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(this.Add));
        thread.Start(num);
        while (thread.IsAlive) ;
        return Json(DateTime.Now + "result:" + result);
    }

    void Add(object num)
    {
        Thread.Sleep(2000);
        this.result =(short)num ;
        Console.WriteLine(DateTime.Now);
    }

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1.4. 异步I/O

真正的异步IO需要操作系统更强的支持。在异步IO模型中，当用户线程收到通知时，数据已经被内核读取完毕，并放在了用户线程指定的缓冲区内，内核在IO完成后通知用户线程直接使用即可。

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  public IActionResult Async()
    {
        var start = DateTime.Now;
        short num = 10;
        var result = Add(num).Result;
        return Json("start:"+ start +" end: " +  DateTime.Now + " ||| result: " + result);
    }

    async Task Add(short num)
    {
        await Task.Delay(2000);
        return ++num;
    }

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关于异步的更详细的使用可参看 http://www.cnblogs.com/vipyoumay/p/5663950.html

1.5. 总结

1.同步与异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)

所谓同步，就是在发出一个 调用 时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。而异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

2. 阻塞与非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关

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【1】http://www.jianshu.com/p/77332a3b07b5

【2】http://kb.cnblogs.com/page/85931

【3】https://www.zhihu.com/question/19732473

作者：xdpie 同步更新： http://www.xdpie.com/2017/09/08/asp-net-core-mvc-io/