详解socket阻塞与非阻塞，同步与异步、I/O模型

一、socket阻塞与非阻塞

1. 阻塞式socket

阻塞式socket在默认情况下处于阻塞状态，即程序会一直等待，直到数据准备好或者等待超时才返回结果。这种方式容易造成资源浪费，同时影响程序的性能。下面是一个阻塞式socket的示例：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("www.baidu.com", 80))
data = s.recv(1024)
print(data)
s.close()

上面代码会一直等待，直到服务器响应数据，并将响应的数据打印出来。

1. 非阻塞式socket

非阻塞式socket在默认情况下处于非阻塞状态，即程序不会一直等待，而是立即返回结果。如果没有数据准备好，则会返回异常，需要通过轮询等方式来等待数据的准备。下面是一个非阻塞式socket的示例：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.setblocking(False)
try:
    s.connect(("www.baidu.com", 80))
except Exception as e:
    print(e)

data = None
while not data:
    try:
        data = s.recv(1024)
    except Exception as e:
        pass

print(data)
s.close()

上面代码将socket设置为非阻塞模式，所以connect调用可能会引发异常。当数据准备好后，通过while循环一直尝试读取数据，直到成功读取，然后将读取到的数据打印出来。

二、同步与异步

1. 同步方式

在同步方式中，程序会一直等待，直到操作完成。这时程序不能继续执行其他任务，即是阻塞的。同步方式适用于处理简单的任务，但对于复杂的任务或者数据量较大的任务，会造成程序的阻塞，影响程序的性能。下面是一个同步方式的示例：

import requests

response = requests.get("http://www.baidu.com")
print(response.text)

上面代码会一直等待服务器响应，响应完后将响应内容打印出来。

1. 异步方式

在异步方式中，程序可以同时处理多个任务或者数据，不需要一直等待，处理完成后回调通知程序结果。异步方式适用于复杂的任务或处理大量数据时，可以提高程序的性能。下面是一个异步方式的示例：

import asyncio
import aiohttp

async def main():
    async with aiohttp.ClientSession() as session:
        async with session.get("http://www.baidu.com") as response:
            print(await response.text())

asyncio.run(main())

上面代码使用asyncio和aiohttp库实现异步方式的请求，可以同时处理多个请求，提高了程序的性能。

三、I/O模型

1. 阻塞I/O模型

在阻塞I/O模型中，程序会一直等待，直到数据准备好或等待超时才继续执行。这种方式在处理数据时容易造成资源的浪费和程序性能的下降。下面是一个阻塞I/O模型的示例：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(("www.baidu.com", 80))
s.send(b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.baidu.com\r\nConnection: close\r\n\r\n")
data = s.recv(1024)
print(data)
s.close()

上面代码会一直等待服务器响应数据，如果响应数据较慢或者网络出现问题，程序就会一直处于等待状态。

1. 非阻塞I/O模型

在非阻塞I/O模型中，程序会立即返回，处理完本次任务后可以继续执行其他任务。如果数据没有准备好，则会返回一个异常，需要通过轮询等方式等待数据准备就绪。下面是一个非阻塞I/O模型的示例：

import socket

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.setblocking(False)
try:
    s.connect(("www.baidu.com", 80))
except Exception as e:
    print(e)

s.send(b"GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.baidu.com\r\nConnection: close\r\n\r\n")

data = None
while not data:
    try:
        data = s.recv(1024)
    except Exception as e:
        pass

print(data)
s.close()

上面代码将socket设置为非阻塞模式，并在数据发送后使用while循环轮询等待数据的准备。如果数据没有准备好，则会进行下一次轮询。

总的来说，socket阻塞与非阻塞、同步与异步、I/O模型是网络编程中比较重要的内容，掌握这些知识点对于编写高效的网络程序是十分有必要的。