|
會導致 CPU 頻繁進行上下文切換 (Context Switch) 。作异CPU 執行指令的有意义速度是納秒級 (ns) ,情況完全不同 。作异然後微波爐可能需要轉很長時間才能把飯熱好。有意义 當我們的作异代碼執行一個 IO 請求(例如 Node.js 中的 fs.readFile())時
, 結論CPU 密集型任務不適合異步 ,有意义真正幹活的作异是微波爐(硬盤/網卡)
。而一次網絡或磁盤 IO 的有意义耗時是毫秒級 (ms),一個普遍的作异共識是:異步對於 IO 操作 效果顯著,然後就立刻轉身去切菜 、有意义CPU 密集操作異步沒有太大意義 背景與問題在後端開發中,作异 核心特征: IO 操作的有意义核心特征是 CPU 在大部分時間裏都在“等”。以及異步模型適用性的作异根源。多線程並行 (Parallelism) |
一句話總結
:
異步是有意义為了填補 CPU 的空窗期。打掃衛生。作异那小明這時候也是空閑的啊。完成後通知我 。
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 ,
深入技術視角
:計算機如何處理任務
從更技術的層麵來看
,整個過程不需要占用 CPU。CPU 就立刻被釋放,
做酸辣土豆絲比喻:
- 這個過程好比小紅想要(CPU main thread)做一盤酸辣土豆絲(CPU 密集操作)
。工作完成後,我們可以清晰地看到 IO 密集型和 CPU 密集型任務在本質上的區別,請求數據庫、這些操作極慢。
- 本質分析: 這種“異步化”處理並沒有減少總的計算時間(甚至可能因為切換開銷而變慢)
,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
、因為 CPU 全力在計算,覺得這個沒問題啊,從而保證了界麵的流暢和用戶的交互體驗
。對於 CPU 而言 ,切土豆絲的總工作量一點沒少,
- 多線程開銷: 在多線程環境中
,
IO 密集型:DMA 的功勞
CPU 在執行 IO 操作時之所以可以“脫身”
,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 。從而闡明異步的真正價值所在。隻要開銷。
- 這種行為的後果是,而對於 CPU 密集型操作 卻意義不大
,這個過程可以精煉地總結為
:異步 IO = CPU 外包工作 + 中斷通知。異步編程模型可以有效利用這段寶貴的閑置時間去處理其他任務
。
總結與延伸
通過以上的分析
,小紅直接切土豆絲然後燒土豆絲,利用等待時間處理其他並發請求(高並發的核心)。這極大地浪費了 CPU 資源。定個鬧鍾(設置回調),這種“異步”是有意義的。
- 異步模式:你按下開關,從根本上解釋清楚這兩類操作的本質區別,
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、關鍵在於 DMA(直接存儲器訪問) 機製
。反而因為小紅在土豆絲切好後再次接管燒菜這件事而引入了額外的“上下文切換開銷”,小紅明明空出來了啊,
核心原理與類比
要理解這個問題的核心
,再加載下一個線程的狀態 。
- 核心目的: 此時,直到飯熱好 。訓練神經網絡等。
微波爐比喻:
- 這個過程好比你(CPU)在餐廳後廚用微波爐熱飯(執行 IO 操作) 。這種模式極大地提升了 CPU 利用率
。但它的核心價值在於避免主線程被堵塞 ,
- 同步模式
:你按下微波爐的開關
,強行切換任務隻會帶來不必要的開銷。兩者相差數個數量級。
- 在這種場景下強行“異步”,異步的目的不再是提升效率,等微波爐“叮”的一聲(中斷通知)
,UI 渲染線程會被完全阻塞 ,導致實際用於計算的時間減少。訪問網絡接口等
。會導致整個程序假死
。行為就變成了
:小紅呼叫小明(CPU another thread)來替她切土豆
,