趣談程序演變的過程

chaz6chez 更新于2022-05-19

前言

我是一名后端開發(fā)工程師，目前從事后端開發(fā)有8年的經(jīng)驗，主要以PHP開發(fā)為主，期間有1年時間使用C語言進行PHP拓展的開發(fā)工作，
工作主要圍繞輔助線程及有棧協(xié)程調(diào)度器；還有2年主要使用Golang做一些基礎服務。

這篇文章我會用一些通俗的話來描述一些我所了解的程序的一些點，如異步、同步、阻塞、非阻塞等；當然，我的經(jīng)驗不算豐富也可能有些理解錯誤的地方，
也希望能夠指正我描述有錯誤的部分。

程序出生了

程序最開始就如同寫文章一般，從上至下，然后伴隨著一個return結束：

#include<stdio.h>

main(){
    return 0;
}

這個程序?qū)τ谙到y(tǒng)來說是一個唯一入口，有點類似于PHP的index.php入口對于PHP zendVM一樣，也是唯一入口：

<?php
    # 啥也沒有
?>

道理是這么一個道理，Golang也一樣，Java也一樣；

這樣的程序其實跟腳本是類似的，從上執(zhí)行到結束、退出；既然這樣的程序和腳本類似，我么就把它比作一張紙，
我們可以在這張紙上胡作非為，寫上A\B\C\D隨便什么都可以，它就會按照從上到下直到結束：

如上圖，這個程序就完成了一個結合了A+B+C+D的業(yè)務邏輯，我們稱它ABCD；

這時候你可能又會想，如果我要完成ABC的業(yè)務邏輯，怎么辦？有兩種辦法：

再寫一個ABC的程序
給這個ABCD豐富一下，加一個判斷

于是我們豐富了一下程序，利用了編程語言基礎的邏輯判斷的特性：

但是我們不滿足于此，因為A\B\C\D都有可能帶來判斷，甚至可能加入E\F\G等等等等……

那么這時候，程序如果按照這樣的發(fā)展趨勢，應該會變成：

CAO！這肯定不是每個程序員想要的結果！

那么為了拯救這樣的情況出現(xiàn)，我們索性用多張紙且明確劃分區(qū)域地來完成這樣的復雜的、
多功能的程序，每個紙張上都各自有不同的ABCD或EFGH，這種編寫程序的方式就是面向?qū)ο缶幊蹋?br /> 當然過程對象也可以達到這個效果，只不過需要引入各式各樣的紙張，且不同紙張內(nèi)容可能出現(xiàn)重復，
甚至不符合人的思維邏輯：

它轉起來了！

我們上述的所有程序，都不能自動的反復的執(zhí)行;

這里面包括C、Golang等語言，只要不引入一些庫就純粹的運行來說，它們和腳本是無異的

但是我們在生活中無時不刻的做著重復的事兒，畢竟人類的本質(zhì)是復讀機嘛；那么我們程序怎么做到重復執(zhí)行呢？
有以下兩種辦法：

a. 重復幾次就手動執(zhí)行幾次
b. 讓程序住在系統(tǒng)里自己執(zhí)行

懶人能推動社會進步，我選B。

那么為了實現(xiàn)這樣的程序，我們該怎么做呢，怎么讓這個程序不斷地重復重復再重復呢？這時候可以利用語言特性：
循環(huán)，在循環(huán)的作用下，由上至下的程序則會變成這個樣子：

wocao！它轉起來了，轉起來了！這不就是常駐內(nèi)存的程序嗎？當然，這里面我省略了一些接受系統(tǒng)通知、監(jiān)控的步驟，
那么我們就假設這個圈就是一個系統(tǒng)，每個紙張就是程序，循環(huán)飛速的運轉，那么每個程序都可以快速的運轉，
這樣一看，它是不是就變得豐富形象且生動了？

它蛻變了！

我們把這個”系統(tǒng)“的目光收一收，把目光再次聚集到每張紙張上面的A\B\C\D，你會發(fā)現(xiàn)ABCD該順序執(zhí)行的還是順序執(zhí)行，
紙張1沒執(zhí)行完，紙張2就不會到，因為在這個循環(huán)的圈中也是順序執(zhí)行的，怎么辦呢？我能不能把A\B\C\D打散？
把每張紙聚焦在該做的事兒上？可以。

這里我們可以把這些A\B\C\D理解為系統(tǒng)的一些程序，比如文件系統(tǒng)、socket等，我們上層的應用就是使用他們的紙張，
去組合出ABC等一些特性的上層程序，我們的”紙張“和A\B\C\D一樣，也在這個大循環(huán)內(nèi)，我們的程序也可以通過一些共享手段與它們通訊/交換信息，
如下圖：

為了避免每個程序一直掛在那里影響循環(huán)后面的其他程序，通常來說都需要合理的分配每個程序執(zhí)行的最大時間，
如果沒執(zhí)行完，那就等下一個循環(huán)接著執(zhí)行（具體可以看看Linux時間片算法，這里不展開說了）；假定每個程序最大執(zhí)行時間是1秒，
那么如圖所示的“循環(huán)”去除“等等”部分，轉一圈需要6秒；假設A執(zhí)行一次需要6秒，那么A就需要轉六圈才能完成一輪業(yè)務，其他的同理。

同步阻塞

在“紙張2”需要一直等待結果的情況下（就好比你致電10086詢問你的話費余額，電話那頭告訴你等一下，你就一直拿著電話等她回答你），
我們假設A需要6秒，C需要10秒，那么“紙張2”完成自己的業(yè)務邏輯那么就需要先讓A轉完6圈，再去通知C，然后再等C轉完10圈，最后就是16圈，
那么在第17圈的時候“紙張2”才能拿到所有數(shù)據(jù)。

異步

那么我有沒有辦法做到同時通知兩位，然后在等待呢？有：

“紙張2”開兩個線程（線程和進程的關系這里不展開講，可以自行查閱，因為線程又是另一個“圈”的事兒了），一個通知A，一個通知C；
“紙張2”告訴A：“有結果了就放在門衛(wèi)大爺A那，我去拿”，然后緊接著通知C：“有結果了就放在門衛(wèi)大爺C那，我去拿”；

1號方案和2號方案其實在本質(zhì)上沒太大區(qū)別，因為在linux下面實際上沒有真正的線程，無非就是多了一個循環(huán)的事兒，
即便多了真·線程的概念，實際上運行起來也差不多，反正也是需要切出去再回來的；

“紙張2”除了需要維護一個不斷查詢門衛(wèi)大爺?shù)倪壿嬐?，不需要多余在維護什么，那么這個轉圈的事兒，就可以變換成如下的邏輯：
“紙張2”分別告訴A和C，于是開始轉圈，第一圈的時候A和C都消耗了1秒，直到第6圈A完事兒了，第7圈的時候“紙張2”拿到了A的包裹；
第10圈的時候，C完事兒了，第11圈的時候“紙張2”拿到了C的包裹，程序結束；那么這個程序就執(zhí)行了11圈，比之前的17圈要快一些。

實際上這個邏輯就是linux select/poll的執(zhí)行邏輯，如果算上“紙張2”自己還需要查尋門衛(wèi)大爺?shù)臅r間的話，是不止17圈的，
因為每一圈“紙張2”都需要去問大爺，這里只是做了一個忽略；如果假設詢問大爺需要消耗2圈的話，那么至少要在第19圈才可以拿到結果

還有沒有更快的方案呢？有：
讓A和C完事兒的時候告訴我一聲

這時候“紙張2”是不需要去詢問大爺，只需要在A、C完事兒通知到的時候去大爺那里取，這樣的時間消耗是最接近17圈的。

這種方式就是linux epoll的執(zhí)行方式，也是類似于kqueue或者IOCP的執(zhí)行方式，當然系統(tǒng)不同，時間分配的方式也不同，
整體的執(zhí)行方式也稍微有所調(diào)整