本文的目標就是深入計算機的底層運行機製 ,而是作异為了保持響應性 (Responsiveness)。CPU 到底是有意义在“等別人幹活” ,
| 特性 | IO 密集型 (IO-Bound) | CPU 密集型 (CPU-Bound) |
|---|---|---|
| 主要瓶頸 | 網絡
、作异然後微波爐可能需要轉很長時間才能把飯熱好。有意义這不是作异效率提高了嗎?真的是這樣嗎?小紅不呼叫小明切土豆 ,UI 渲染線程會被完全阻塞,有意义因為 CPU 全力在計算,作异這個過程可以精煉地總結為 :異步 IO = CPU 外包工作 + 中斷通知。有意义做酸辣土豆絲比喻:
|
一句話總結:
異步是為了填補 CPU 的空窗期 。尤其是在 Node.js、甚至可能起反作用 。而對於 CPU 密集型操作 卻意義不大 ,
為什麽說 IO 操作異步才有意義 ,
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,直到飯熱好。這類任務需要持續占用 CPU 的核心計算資源 ,複雜的數學計算 、等微波爐“叮”的一聲(中斷通知),導致整體效率變得更低 。
CPU 密集型:線程的競爭
對於 CPU 密集型任務 ,強行切換任務隻會帶來不必要的開銷。
深入技術視角:計算機如何處理任務
從更技術的層麵來看,文件上傳下載
背景與問題
在後端開發中 ,
當我們的代碼執行一個 IO 請求(例如 Node.js 中的 fs.readFile())時 ,例如瀏覽器 。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”,從而保證了界麵的流暢和用戶的交互體驗。
因此 ,再加載下一個線程的狀態。去做別的事情了啊,她跑去擦桌子,等小明切好土豆絲了,行為就變成了:小紅呼叫小明(CPU another thread)來替她切土豆 ,工作完成後 ,
結論
CPU 密集型任務不適合異步,小紅直接切土豆絲然後燒土豆絲,
總結與延伸
通過以上的分析,程序計數器等),
- 核心目的: 此時,然後像個雕像一樣站在它麵前幹等,”
指令下達後,這種“異步”是有意義的。CPU 本身處於閑置狀態。訪問網絡接口等。巨大的速度差異意味著 ,請求數據庫、兩者相差數個數量級。你按一下微波爐的開關(發送 IO 請求),關鍵在於回答一個問題 :在執行任務時,隻要開銷。根本無暇響應任何其他事件(如網絡請求、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。我們經常討論異步編程模型,異步的目的不再是提升效率,會導致 CPU 頻繁進行上下文切換 (Context Switch)。區塊鏈挖礦、
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、
- 同步模式 :你按下微波爐的開關,小紅明明空出來了啊,以及異步模型適用性的根源 。
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) 。用戶點擊) 。數據庫
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 、CPU 就立刻被釋放 ,
- 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 ,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 。對於 CPU 而言,定個鬧鍾(設置回調),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、Netty 等技術棧中。
關注我的公眾號一起玩轉技術
或者使用 setTimeout 將大任務拆分成許多小塊分片執行 。小紅再回來繼續起油鍋燒土豆絲 。這些操作極慢 。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 ,用戶無法進行任何操作 。
- 多線程開銷: 在多線程環境中
,那小明這時候也是空閑的啊 。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,
IO 密集型:DMA 的功勞
CPU 在執行 IO 操作時之所以可以“脫身”,數據加密解密、但它的核心價值在於避免主線程被堵塞 ,覺得這個沒問題啊,從而闡明異步的真正價值所在。這種模式極大地提升了 CPU 利用率。可以去處理其他任務了 。
- 可能有同學不理解 ,然後就立刻轉身去切菜、切土豆絲的總工作量一點沒少
,
- 單線程阻塞: 在一個單線程環境(如 Node.js 主線程)中執行一個耗時很長的計算任務 ,隻要開銷
核心原理與類比
要理解這個問題的核心 ,從根本上解釋清楚這兩類操作的本質區別 ,在這期間,
結論
IO 操作適合異步 ,CPU 執行指令的速度是納秒級 (ns) ,IO 操作有巨大的空窗期 ,完成後通知我。會導致整個程序假死 。