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淺談服務(wù)器單I/O線程+工作者線程池模型架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

 mzsm 2016-01-06
原文出處: 張峻崇   歡迎分享原創(chuàng)到伯樂頭條

我們知道,服務(wù)器并發(fā)模型通??煞譃閱尉€程和多線程模型,這里的線程通常是指“I/O線程”,即負(fù)責(zé)I/O操作,協(xié)調(diào)分配任務(wù)的“管理線程”,而實(shí)際的請(qǐng)求和任務(wù)通常交由所謂“工作者線程”處理。通常多線程模型下,每個(gè)線程既是I/O線程又是工作者線程。所以這里討論的是,單I/O線程+多工作者線程的模型,這也是最常用的一種服務(wù)器并發(fā)模型。我所在的項(xiàng)目中的server代碼中,這種模型隨處可見。它還有個(gè)名字,叫“半同步/半異步“模型,同時(shí),這種模型也是生產(chǎn)者/消費(fèi)者(尤其是多消費(fèi)者)模型的一種表現(xiàn)。

這種架構(gòu)主要是基于I/O多路復(fù)用的思想(主要是epoll,select/poll已過時(shí)),通過單線程I/O多路復(fù)用,可以達(dá)到高效并發(fā),同時(shí)避免了多線程I/O來回切換的各種開銷,思路清晰,易于管理,而基于線程池的多工作者線程,又可以充分發(fā)揮和利用多線程的優(yōu)勢(shì),利用線程池,進(jìn)一步提高資源復(fù)用性和避免產(chǎn)生過多線程。

1.模型架構(gòu)

 

2 實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

2.1 單I/O 線程epoll

實(shí)現(xiàn)單I/O線程的epoll模型是本架構(gòu)的第一個(gè)技術(shù)要點(diǎn),主要思想如下:

單線程創(chuàng)建epoll并等待,有I/O請(qǐng)求(socket)到達(dá)時(shí),將其加入epoll并從線程池中取一個(gè)空閑工作者線程,將實(shí)際的任務(wù)交由工作者線程處理。

偽碼:

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創(chuàng)建一個(gè)epoll實(shí)例;
while(server running)
{
    epoll等待事件;
    if(新連接到達(dá)且是有效連接)
    {
        accept此連接;
        將此連接設(shè)置為non-blocking;
        為此連接設(shè)置event(EPOLLIN | EPOLLET ...);
        將此連接加入epoll監(jiān)聽隊(duì)列;
        從線程池取一個(gè)空閑工作者線程并處理此連接;
    }
    else if(讀請(qǐng)求)
    {
        從線程池取一個(gè)空閑工作者線程并處理讀請(qǐng)求;
    }
    else if(寫請(qǐng)求)
    {
        從線程池取一個(gè)空閑工作者線程并處理寫請(qǐng)求;
    }
    else
        其他事件;    
}

偽碼可能寫的不太好,其實(shí)就是基本的epoll使用。

但要注意和線程池的配合使用,如果線程池取不到空閑的工作者線程,還需要做一些處理。

2.2 線程池實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

server啟動(dòng)時(shí),創(chuàng)建一定數(shù)量的工作者線程加入線程池,如(20個(gè)),供I/O線程來取用;

每當(dāng)I/O線程請(qǐng)求空閑工作者線程時(shí),從池中取出一個(gè)空閑工作者線程,處理相應(yīng)請(qǐng)求;

當(dāng)請(qǐng)求處理完畢,關(guān)閉相應(yīng)I/O連接時(shí),回收相應(yīng)線程并放回線程池中供下次使用;

若請(qǐng)求空閑工作者線程池時(shí),沒有空閑工作者線程,可作如下處理:

(1)若池中”管理”的線程總數(shù)不超過最大允許值,可創(chuàng)建一批新的工作者線程加入池中,并返回其中一個(gè)供I/O線程使用;

(2)若池中”管理”的線程總數(shù)已經(jīng)達(dá)到最大值,不應(yīng)再繼續(xù)創(chuàng)建新線程, 則等待一小段時(shí)間并重試。注意因?yàn)镮/O線程是單線程且不應(yīng)被阻塞等待在此處,所以其實(shí)對(duì)線程池的管理應(yīng)由一個(gè)專門的管理線程完成,包括創(chuàng)建新工作者線程等工作。此時(shí)管理線程阻塞等待(如使用條件變量并等待喚醒),一小段時(shí)間之后,線程池中應(yīng)有空閑工作者線程可使用。否則server負(fù)荷估計(jì)是出了問題。

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