- 打掃衛生 。作异這個過程才是有意义效率最高的 。
低。作异 - 在這種場景下強行“異步”,有意义而是作异為了保持響應性 (Responsiveness)。這兩種場景的有意义底層機製差異巨大。這個“保存現場”和“恢複現場”的作异過程本身就會消耗大量 CPU 資源,CPU 實際上隻是有意义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,DMA 會通過一個中斷信號通知 CPU。作异
總結與延伸
通過以上的有意义分析 ,小紅明明空出來了啊,作异
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)。有意义”
指令下達後 ,作异複雜的有意义數學計算、訪問網絡接口等。作异所以異步有意義;CPU 密集操作切換其他線程來代替當前線程計算不會有性能提升,圖像渲染
最佳策略 異步非阻塞 (Async/Await, Reactive) 多進程、然後就立刻轉身去切菜、這種“異步”是有意義的。然後像個雕像一樣站在它麵前幹等 ,會導致整個程序假死。數據加密解密 、程序計數器等) ,UI 渲染線程會被完全阻塞,一個普遍的共識是 :異步對於 IO 操作 效果顯著, IO 密集型:DMA 的功勞
CPU 在執行 IO 操作時之所以可以“脫身”,
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)。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 ,這不是效率提高了嗎 ?真的是這樣嗎?小紅不呼叫小明切土豆 ,關鍵在於回答一個問題:在執行任務時 ,文件上傳下載
視頻壓縮 、假設你在網頁中用 JavaScript 執行一個大規模的同步計算 ,從根本上解釋清楚這兩類操作的本質區別 , 核心原理與類比
要理解這個問題的核心,她跑去擦桌子,等小明切好土豆絲了,
- 解決方案: 我們可以通過 Web Worker 將計算任務放到一個獨立的線程中,強行切換任務隻會帶來不必要的開銷。再加載下一個線程的狀態。
CPU 密集型 :線程的競爭
對於 CPU 密集型任務,真正的數據拷貝工作由 DMA 控製器全權負責 ,它會在磁盤和內存之間直接搬運數據,而對於 CPU 密集型操作 卻意義不大,你再回來處理熱好的飯 。
- 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) ,切換其他線程來代替當前線程計算不會有性能提升 ,但在一種特殊場景下,從而闡明異步的真正價值所在。
為什麽說 IO 操作異步才有意義,真正幹活的是微波爐(硬盤/網卡)。數據庫
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 。 深入技術視角 :計算機如何處理任務
從更技術的層麵來看 ,
- 這種行為的後果是 ,小紅再回來繼續起油鍋燒土豆絲。隻要開銷
典型例子 Web 服務器接口、 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 、這極大地浪費了 CPU 資源。可以去處理其他任務了 。如果大量並發的 CPU 密集型任務在少數幾個 CPU 核心上運行,因為 CPU 全力在計算,甚至可能起反作用 。CPU 到底是在“等別人幹活”,隻要開銷。
- 多線程開銷: 在多線程環境中,
特性 IO 密集型 (IO-Bound) CPU 密集型 (CPU-Bound) 主要瓶頸 網絡 、CPU 執行指令的速度是納秒級 (ns),用戶無法進行任何操作。對於 CPU 而言,IO 操作有巨大的空窗期,行為就變成了 :小紅呼叫小明(CPU another thread)來替她切土豆,區塊鏈挖礦 、等微波爐“叮”的一聲(中斷通知) ,訓練神經網絡等。 - 可能有同學不理解,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”,整個過程不需要占用 CPU。
當我們的代碼執行一個 IO 請求(例如 Node.js 中的 fs.readFile())時,因為工作主要由外部設備完成,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。
- 異步模式:你按下開關 ,多線程並行 (Parallelism)
一句話總結:
異步是為了填補 CPU 的空窗期 。CPU 就立刻被釋放 ,請求數據庫、CPU 密集操作異步沒有太大意義
背景與問題
在後端開發中 ,用戶點擊) 。巨大的速度差異意味著 ,
- 核心目的: 此時,覺得這個沒問題啊 ,然後微波爐可能需要轉很長時間才能把飯熱好 。
- 同步模式 :你按下微波爐的開關,這個過程可以精煉地總結為 :異步 IO = CPU 外包工作 + 中斷通知 。我們經常討論異步編程模型 ,這類任務需要持續占用 CPU 的核心計算資源,CPU 本身處於閑置狀態。從而保證了界麵的流暢和用戶的交互體驗 。在這期間,切土豆絲的總工作量一點沒少 ,尤其是在 Node.js、以及異步模型適用性的根源。
- 核心特征: IO 操作的核心特征是 CPU 在大部分時間裏都在“等”。情況完全不同 。硬盤 、導致實際用於計算的時間減少。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、這種模式極大地提升了 CPU 利用率。異步的目的不再是提升效率,
- 場景舉例: 最典型的就是 GUI 界麵 ,你按一下微波爐的開關(發送 IO 請求) ,
結論
CPU 密集型任務不適合異步 ,
結論
IO 操作適合異步,工作完成後 ,會導致 CPU 頻繁進行上下文切換 (Context Switch) 。利用等待時間處理其他並發請求(高並發的核心)。
IO 操作(異步最有用的場景)
- 場景定義: 典型的 IO 操作包括讀取文件、你什麽別的事也做不了,導致頁麵卡死 ,
關注我的公眾號一起玩轉技術
完成後通知我。兩者相差數個數量級 。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 。那小明這時候也是空閑的啊。這些操作極慢。關鍵在於 DMA(直接存儲器訪問) 機製。導致整體效率變得更低。去做別的事情了啊,定個鬧鍾(設置回調),
因此 ,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。
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,小明直接去擦桌子 ,例如瀏覽器。根本無暇響應任何其他事件(如網絡請求 、





评论专区