Amalan pembangunan coroutine tak segerak: membina sistem baris gilir mesej berprestasi tinggi

Amalan pembangunan coroutine tak segerak: membina sistem baris gilir mesej berprestasi tinggi

Dengan pembangunan Internet, sistem baris gilir mesej telah menjadi komponen utama dalam membina sistem pengedaran berprestasi tinggi dan berskala. Dalam membina sistem baris gilir mesej, aplikasi coroutine tak segerak boleh meningkatkan prestasi dan kebolehskalaan sistem dengan berkesan. Artikel ini akan memperkenalkan pembangunan praktikal coroutine tak segerak, mengambil membina sistem baris gilir mesej berprestasi tinggi sebagai contoh dan menyediakan contoh kod khusus.

1. Konsep dan kelebihan coroutine tak segerak
   Coroutine tak segerak ialah model pengaturcaraan serentak dipacu peristiwa yang boleh mencapai pemprosesan konkurensi tinggi dalam satu utas. Berbanding dengan model berbilang benang tradisional, coroutine tak segerak mempunyai kelebihan berikut:

1.1 Ringan: Coroutine tak segerak tidak perlu mencipta benang tambahan, dan hanya sebilangan kecil coroutine perlu dibuat untuk mencapai konkurensi berskala besar. Ini sangat mengurangkan penggunaan sumber sistem.

1.2 Kecekapan: Coroutine tak segerak menggunakan mekanisme I/O dan peristiwa yang tidak menyekat untuk mencapai penjadualan dan pemprosesan tugas yang cekap dengan overhed yang sangat rendah dan tidak tertakluk kepada overhed penukaran konteks.

1.3 Kebolehskalaan: Coroutine tak segerak boleh berkembang secara automatik apabila beban sistem meningkat, tanpa perlu melaraskan parameter secara manual seperti saiz kolam benang.

2. Reka bentuk dan pelaksanaan sistem baris gilir mesej
   Apabila mereka bentuk sistem baris gilir mesej, perkara pertama yang perlu kita pertimbangkan ialah struktur data baris gilir dan model pengeluar-pengguna mesej. Sistem baris gilir mesej biasa biasanya menggunakan struktur data masuk dahulu keluar (FIFO) dan model terbitkan-langganan untuk melaksanakan penghantaran mesej antara pengeluar dan pengguna. Berikut ialah contoh kod sistem baris gilir mesej ringkas yang dibangunkan berdasarkan coroutine tak segerak:

import asyncio

message_queue = []
subscriptions = {}

async def publish(channel, message):
    message_queue.append((channel, message))
    await notify_subscribers()

async def notify_subscribers():
    while message_queue:
        channel, message = message_queue.pop(0)
        for subscriber in subscriptions.get(channel, []):
            asyncio.ensure_future(subscriber(message))

async def subscribe(channel, callback):
    if channel not in subscriptions:
        subscriptions[channel] = []
    
    subscriptions[channel].append(callback)

async def consumer(message):
    print("Received message:", message)

async def main():
    await subscribe("channel1", consumer)
    await publish("channel1", "hello world")

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

Dalam kod di atas, kami menggunakan senarai message_queue untuk menyimpan mesej yang diterbitkan dan kamus langganan untuk menyimpan pelanggan dan saluran yang sepadan. Fungsi publish digunakan untuk menerbitkan mesej, fungsi notify_subscribers digunakan untuk memberitahu pelanggan, fungsi subscribe digunakan untuk melanggan saluran, dan consumer berfungsi sebagai contoh pengguna. <code>message_queue列表来存储发布的消息，使用一个字典subscriptions来存储订阅者和对应的通道。publish函数用于发布消息，notify_subscribers函数用于通知订阅者，subscribe函数用于订阅某个通道，consumer函数作为一个示例的消费者。

在main函数中，我们首先使用subscribe函数订阅了channel1通道，并将consumer函数指定为订阅者。然后我们使用publish函数发布了一条消息到channel1通道，notify_subscribers会自动地将消息发送给订阅者。

3. 性能优化与扩展
   为了进一步优化和扩展消息队列系统的性能，我们可以结合使用异步I/O和协程池来提高消息的处理能力。通过使用异步I/O，我们可以充分利用系统资源，提高系统的吞吐量。协程池可以用来限制并发任务数量，并避免过多的上下文切换。

下面是一个基于异步I/O和协程池的消息队列系统的优化示例代码：

import asyncio
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

message_queue = []
subscriptions = {}
executor = ThreadPoolExecutor()

async def publish(channel, message):
    message_queue.append((channel, message))
    await notify_subscribers()

async def notify_subscribers():
    while message_queue:
        channel, message = message_queue.pop(0)
        for subscriber in subscriptions.get(channel, []):
            await execute(subscriber(message))

async def execute(callback):
    loop = asyncio.get_running_loop()
    await loop.run_in_executor(executor, callback)

async def subscribe(channel, callback):
    if channel not in subscriptions:
        subscriptions[channel] = []
    
    subscriptions[channel].append(callback)

async def consumer(message):
    print("Received message:", message)

async def main():
    await subscribe("channel1", consumer)
    await publish("channel1", "hello world")

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())

在优化示例代码中，我们使用executor来创建一个协程池，并通过execute

Dalam fungsi utama, kami mula-mula melanggan saluran channel1 menggunakan fungsi subscribe dan nyatakan consumer fungsi untuk pelanggan. Kemudian kami menggunakan fungsi publish untuk menerbitkan mesej ke saluran channel1 dan notify_subscribers akan menghantar mesej secara automatik kepada pelanggan.

Pengoptimuman dan Pengembangan Prestasi
Untuk mengoptimumkan dan mengembangkan lagi prestasi sistem baris gilir mesej, kami boleh menggunakan kumpulan I/O dan coroutine tak segerak secara gabungan untuk meningkatkan keupayaan pemprosesan mesej. Dengan menggunakan I/O tak segerak, kami boleh menggunakan sepenuhnya sumber sistem dan meningkatkan daya pemprosesan sistem. Kumpulan Coroutine boleh digunakan untuk mengehadkan bilangan tugas serentak dan mengelakkan suis konteks yang berlebihan.
4. 
   
Berikut ialah kod sampel yang dioptimumkan untuk sistem baris gilir mesej berdasarkan kumpulan I/O dan coroutine tak segerak:
rrreee🎜Dalam kod sampel yang dioptimumkan, kami menggunakan pelaksana untuk mencipta kumpulan coroutine, Dan letakkan fungsi panggil balik ke dalam kumpulan coroutine untuk pelaksanaan melalui fungsi execute. Ini boleh mengelakkan penukaran konteks yang berlebihan, melaksanakan fungsi panggil balik secara serentak dan meningkatkan keupayaan pemprosesan mesej. 🎜🎜Sudah tentu, dalam sistem baris gilir mesej sebenar, ia boleh dioptimumkan dan diperluaskan lagi, seperti memperkenalkan kegigihan mesej, mekanisme pengesahan mesej, pengembangan mendatar, dsb. 🎜🎜🎜Ringkasan🎜Artikel ini memperkenalkan pembangunan praktikal coroutine tak segerak, mengambil contoh pembinaan sistem baris gilir mesej berprestasi tinggi dan menyediakan contoh kod khusus. Coroutine tak segerak boleh mencapai penjadualan dan pemprosesan tugas yang cekap dengan overhed yang sangat rendah, dan boleh meningkatkan prestasi dan kebolehskalaan sistem dengan berkesan. Dengan menggabungkan teknologi seperti kumpulan I/O tak segerak dan coroutine, kami boleh mengoptimumkan dan mengembangkan sistem baris gilir mesej untuk menyesuaikan diri dengan senario dan keperluan aplikasi yang berbeza. 🎜🎜

Atas ialah kandungan terperinci Amalan pembangunan coroutine tak segerak: membina sistem baris gilir mesej berprestasi tinggi. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!