IO模型

一、概述

　　1、指的是针对网络的IO。

　　2、常见的会产生网络IO阻塞的状态：accept，recv（recvfrom）。

　　3、接收数据的两个阶段：操作系统等待对方数据传过来的wait_data（waiting for the data to be ready）和操作系统将数据从内核拷贝到进程的copy_data（copying the data from the kernel to the process）。

二、阻塞IO模型：对IO不做特殊处理。

import socket

server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1', 3333))
server.listen(5)

while 1:
    print('等待客户端连接...')
    conn, client_addr = server.accept()
    while 1:
        print('等待客户端发送数据...')
        try:
            recv_data = conn.recv(1024)
            if len(recv_data) == 0:
                break
            send_data = '收到：'.encode('utf-8') + recv_data
            conn.send(send_data)
        except ConnectionResetError:
            print('客户端已经断开')
            break
    conn.close()

三、非阻塞IO模型：通过不断询问操作系统实现的无阻塞，但是如此会长时间占用cpu使之空转。

import socket

server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1', 3333))
server.listen(5)
server.setblocking(False)  # 如此声明，可以将所有网络阻塞变为异常 BlockingIOError

r_list = []  # 初始化可用连接列表
del_list = []  # 初始化待清除列表

while 1:
    try:
        conn, client_addr = server.accept()
        r_list.append(conn)
    except BlockingIOError:
        print('跳过等待客户端连接')
        for conn in r_list:
            try:
                recv_data = conn.recv(1024)
                if len(recv_data) == 0:
                    conn.close()  # 关闭无用连接
                    del_list.append(conn)  # 将无用连接加入待清除列表
                    continue
                send_data = '收到：'.encode('utf-8') + recv_data
                conn.send(send_data)
            except BlockingIOError:
                print('跳过等待客户端发送数据')
                continue
            except ConnectionResetError:
                print('客户端已断开')
                conn.close()  # 关闭无用连接
                del_list.append(conn)  # 将无用连接加入待清除列表
        for conn in del_list:
            r_list.remove(conn)  # 从可用连接列表中清除无用连接
        del_list.clear()  # 初始化待清除列表

四、多路复用IO模型：通过导入select模块，将可能产生IO阻塞的对象交给操作系统的监管机制select，一个监管者可以同时监管多个对象，通过不断轮询这些对象来获悉这些对象是否脱离了IO阻塞，若脱离，则返回给程序执行。除了select机制，还有只能在linux系统上用的poll机制，poll机制能监管的对象数量更多，但是select和poll因为都是轮询的方式，所以都会产生较大的响应延迟，所以在linux系统上衍生了epoll机制，给每个监管对象绑定了回调机制，实现了即时响应，但是该机制不兼容windos系统。最终产生了selector模块，可以识别不同系统，选择对应的监管机制。

import socket
import select

server = socket.socket()
server.bind(('127.0.0.1', 3333))
server.listen(5)
server.setblocking(False)
read_list = [server]  # 把服务端对象加入读操作列表
while 1:
    select_obj = select.select(read_list, [], [])  # 把读操作列表和另外两个空列表加入监管名录
    r_list = select_obj[0]  # 监管对象脱离阻塞才会返回到可操作列表
    for obj in r_list:  # 遍历可操作列表
        if obj is server:  # 是服务端对象的情况
            print('只有当有客户端连接才会执行到本处')
            conn, client_addr = obj.accept()
            read_list.append(conn)
        else:  # 是连接对象的情况
            try:
                print('只有当客户端发来数据才会执行到本处')
                recv_data = obj.recv(1024)
                if len(recv_data) == 0:
                    obj.close()  # 关闭无效连接
                    read_list.remove(obj)  # 将无效连接移除可操作列表
                    continue
                send_data = '收到：'.encode('utf-8') + recv_data
                obj.send(send_data)
            except ConnectionResetError:
                print('客户端已断开连接')
                obj.close()  # 关闭无效连接
                read_list.remove(obj)  # 将无效连接移除可操作列表

五、异步IO模型：是IO模型发展至目前最优模型，避开了前面几代的诸多缺点，是目前效率最高的，广泛的引用于相关的模块与框架中。

　　1、模块：asyncio。

　　2、框架：sanic，tronado，twisted。