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IO密集型与CPU密集型编程

一、IO密集型和CPU密集型线程池的选用

在选择线程池类型时,需要考虑代码运行所需资源类型。IO密集型应该采用更多的线程,而CPU密集型应该采用更少的线程。

考虑IO密集型任务(如文件读写、网络请求),这类任务的执行过程中,大多数时间都是在等待IO操作完成,而线程在此期间处于等待状态,相较于单线程,多线程可以充分利用CPU的空闲时间,提高CPU利用率,从而提高应用的吞吐量。

考虑CPU密集型任务(如加密解密、矩阵计算),这类任务追求的是速度和效率,由于任务执行时需要大量的CPU计算,为了充分利用CPU计算能力,需要尽可能将线程数设置为CPU个数,以充分利用CPU的性能。

二、CPU密集型和IO密集型

CPU密集型的任务主要依赖CPU处理能力,例如图像处理、加密解密、科学计算等任务,这类任务一般采用单线程模式,因为多线程容易造成CPU调度时间过长,使得整个程序性能反而下降。

IO密集型的任务主要依赖于IO处理能力,例如文件操作、网络通信等任务,这类任务一般采用多线程模式,更多的线程可以充分利用CPU空闲时间,提高程序的吞吐量。

三、IO密集型和CPU密集型设计线程池

在IO密集型任务中,任务阻塞时间长,需要较多的线程来充分利用CPU空闲时间,提高程序的性能。通常情况下可以设置线程数为2倍的CPU核心数,这样可以在IO操作完毕后立即启动线程执行下一个任务,提高程序的性能。

CPU密集型任务中,线程数应该等于CPU核心数,这样可以避免过多线程的竞争而导致系统资源的浪费。线程池队列长度应该足够大,以免因排队等待而浪费CPU计算资源。

四、CPU密集型任务

对于CPU密集型任务的处理,可以使用Python中的multiprocessing库,该库提供了进程池、线程池等方式来处理长时间计算的任务。

from multiprocessing import Pool
 
def square(x):
    return x * x
 
if __name__ == '__main__':
    with Pool(4) as p:
        result = p.map(square, [1, 2, 3, 4])
        print(result)

五、为什么IO密集型适合多线程

在IO密集型的任务中,线程大多时候都处于阻塞状态,等待IO操作完成。多线程可以充分利用CPU空闲时间,提高程序的吞吐量,同时可以提高软件的可靠性,一旦一个线程阻塞,其他线程可以继续运行,提高了软件的稳定性。

六、数据库属于IO密集型

对于数据库的增删改查操作,主要是与硬盘等IO设备的交互,因此属于IO密集型。对于数据库的操作,建议使用异步IO,以便更好地利用系统资源。

七、计算密集型和IO密集型选取

在计算密集型的任务中,程序依赖于CPU计算能力,使用多线程并不能提高程序的性能,反而会增加系统调度的负担。因此,更适合使用单线程模式来完成计算密集型的任务。

在IO密集型的任务中,I/O操作比较密集,多线程可以更好的利用CPU资源,提高程序的吞吐量。