面试题：网络编程中异步任务调度的基础方式

Question

在网络编程的异步编程场景下，常见的任务调度方式有哪些？请简要阐述每种方式的工作原理，并说明它们在处理高并发任务时的优缺点。

Answer 1

常见任务调度方式及原理、优缺点

1. 线程池
   • 工作原理：预先创建一定数量的线程，组成线程池。当有任务到达时，从线程池中取出一个空闲线程来执行任务，任务执行完毕后，线程不会销毁，而是返回线程池等待下一个任务。
   • 优点：避免了频繁创建和销毁线程带来的开销，提高了线程的复用性，从而提高了系统的性能和响应速度；可以通过设置线程池的大小来控制并发度，防止系统因线程过多而导致资源耗尽。
   • 缺点：线程池大小设置困难，设置过小会导致任务处理速度慢，设置过大则会消耗过多系统资源，甚至导致系统崩溃；线程池中的线程在执行 I/O 操作时，可能会因为等待 I/O 完成而阻塞，降低了线程的利用率。
2. 事件驱动
   • 工作原理：应用程序通过注册回调函数来响应特定的事件。当事件发生时，事件循环会检测到该事件，并调用相应的回调函数来处理事件。例如在网络编程中，当有新的连接请求、数据可读或可写等事件发生时，事件循环会触发相应的处理函数。
   • 优点：非常适合处理 I/O 密集型任务，因为它不会为每个 I/O 操作创建新的线程或进程，大大减少了资源开销；能够高效地处理大量并发连接，因为事件循环是单线程的，避免了多线程编程中的锁竞争等问题，提高了系统的并发性和响应性能。
   • 缺点：编程模型相对复杂，回调函数嵌套可能导致代码可读性变差，出现“回调地狱”问题；由于是单线程执行，对于 CPU 密集型任务，会导致整个事件循环阻塞，无法及时处理其他事件。
3. 协程
   • 工作原理：协程是一种用户态的轻量级线程，由程序自身控制调度。在一个线程内，可以有多个协程，协程之间可以通过 yield 关键字暂停和恢复执行。例如在网络 I/O 操作时，协程可以暂停执行，将执行权交给其他协程，当 I/O 操作完成后，再恢复执行。
   • 优点：创建和切换开销极小，比线程更加轻量级，适合处理大量并发任务；可以像编写同步代码一样编写异步逻辑，避免了回调函数嵌套带来的代码复杂性，提高了代码的可读性和可维护性；不需要像多线程那样处理锁竞争等问题，因为协程是在单线程内执行的。
   • 缺点：由于是单线程执行，对于 CPU 密集型任务无法利用多核 CPU 的优势；协程的调度依赖于程序员手动控制，在复杂场景下，调度逻辑可能变得复杂。