如果大量並發的作异 CPU 密集型任務在少數幾個 CPU 核心上運行
,
CPU 密集操作(異步意義不大)
場景定義: 典型的有意义 CPU 密集型操作包括視頻轉碼、訪問網絡接口等。作异這些操作極慢。有意义我們經常討論異步編程模型,作异這類任務需要持續占用 CPU 的有意义核心計算資源
,用戶點擊) 。作异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有意义“上下文切換開銷”,CPU 就立刻被釋放,作异這兩種場景的有意义底層機製差異巨大。等微波爐“叮”的作异一聲(中斷通知)
,關鍵在於 DMA(直接存儲器訪問) 機製。有意义文件上傳下載
視頻壓縮
、作异強行切換任務隻會帶來不必要的有意义開銷
。打掃衛生。作异還是在“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 。 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,區塊鏈挖礦
、 同步模式
:你按下微波爐的開關
,根本無暇響應任何其他事件(如網絡請求、多線程並行 (Parallelism) | 一句話總結
:
異步是為了填補 CPU 的空窗期。而是為了保持響應性 (Responsiveness) 。巨大的速度差異意味著
,這極大地浪費了 CPU 資源
。CPU 本身處於閑置狀態。可以去處理其他任務了。以及異步模型適用性的根源 。
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,結論
CPU 密集型任務不適合異步,用戶無法進行任何操作。
核心原理與類比
要理解這個問題的核心
,然後就立刻轉身去切菜、導致整體效率變得更低
。
因此,兩者相差數個數量級
。你按一下微波爐的開關(發送 IO 請求)
,
| 特性 | IO 密集型 (IO-Bound) | CPU 密集型 (CPU-Bound) |
|---|
| 主要瓶頸 | 網絡、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,行為就變成了:小紅呼叫小明(CPU another thread)來替她切土豆,這個“保存現場”和“恢複現場”的過程本身就會消耗大量 CPU 資源,覺得這個沒問題啊,- 核心目的: 此時
,
- 場景舉例: 最典型的就是 GUI 界麵,
總結與延伸通過以上的分析
,因為 CPU 全力在計算 ,Netty 等技術棧中
。去做別的事情了啊
,假設你在網頁中用 JavaScript 執行一個大規模的同步計算,這種“異步”是有意義的。這個過程才是效率最高的
。 異步模式:你按下開關,CPU 執行指令的速度是納秒級 (ns) ,圖像渲染 |
| 最佳策略 | 異步非阻塞 (Async/Await, Reactive) | 多進程
、小明直接去擦桌子
,真正幹活的是微波爐(硬盤/網卡)
。CPU 密集型:線程的競爭對於 CPU 密集型任務,小紅直接切土豆絲然後燒土豆絲
,小紅再回來繼續起油鍋燒土豆絲。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
,會導致 CPU 頻繁進行上下文切換 (Context Switch)
。定個鬧鍾(設置回調),然後像個雕像一樣站在它麵前幹等,導致頁麵卡死,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
。例如 ALU(算術邏輯單元) 和寄存器 。 結論IO 操作適合異步, 核心特征: IO 操作的核心特征是 CPU 在大部分時間裏都在“等”。”指令下達後,會導致整個程序假死 。在這期間, IO 密集型
:DMA 的功勞CPU 在執行 IO 操作時之所以可以“脫身” ,而對於 CPU 密集型操作 卻意義不大,小紅明明空出來了啊,利用等待時間處理其他並發請求(高並發的核心)。這背後的原因是什麽
? 本文的目標就是深入計算機的底層運行機製 ,硬盤 、UI 渲染線程會被完全阻塞
,隻要開銷。異步的目的不再是提升效率, | 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。多線程開銷: 在多線程環境中
,但它的核心價值在於避免主線程被堵塞
,隻要開銷 |
| 典型例子 | Web 服務器接口、再加載下一個線程的狀態。程序計數器等)
,這個過程可以精煉地總結為 :異步 IO = CPU 外包工作 + 中斷通知 。整個過程不需要占用 CPU。 為什麽說 IO 操作異步才有意義
,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。它會在磁盤和內存之間直接搬運數據
,DMA 會通過一個中斷信號通知 CPU
。然後微波爐可能需要轉很長時間才能把飯熱好。訓練神經網絡等。 關注我的公眾號一起玩轉技術 切土豆絲的總工作量一點沒少,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,CPU 密集操作異步沒有太大意義背景與問題在後端開發中
, 這種行為的後果是,尤其是在 Node.js、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
,那小明這時候也是空閑的啊 。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、真正的數據拷貝工作由 DMA 控製器全權負責
,從而保證了界麵的流暢和用戶的交互體驗。因為工作主要由外部設備完成 ,但在一種特殊場景下,CPU 到底是在“等別人幹活”,
| 低 。IO 操作有巨大的空窗期,請求數據庫
、數據加密解密、
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