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轉(zhuǎn)自 簡(jiǎn)書(shū)作者?陶邦仁?的文章,并讀后有感:感覺(jué)作者上面鏈接的兩篇文章放到一處更好理解一些,所以做了復(fù)制.自覺(jué)后面異步的部分應(yīng)該把異步的現(xiàn)狀說(shuō)一下,以便讓人有充分的了解. 文中加了一些PS,是我自己的理解,如有誤導(dǎo),請(qǐng)忽略之......

聊聊同步、異步、阻塞與非阻塞

近來(lái)遇到了一些常見(jiàn)的概念，尤其是網(wǎng)絡(luò)編程方面的概念，如：阻塞、非阻塞、異步I/O等等，對(duì)于這些概念自己也沒(méi)有太清晰的認(rèn)識(shí)，只是很模糊的概念，說(shuō)了解吧也了解，但是要讓自己準(zhǔn)確的描述概念方面的具體細(xì)節(jié)，卻說(shuō)的不那么準(zhǔn)確，這也是自己在這幾個(gè)方面也沒(méi)有細(xì)細(xì)考究過(guò)的原因吧。經(jīng)過(guò)看了些這幾個(gè)概念的資料，發(fā)現(xiàn)同步、異步、阻塞、非阻塞的概念其實(shí)也并不難以理解，在此寫(xiě)下此文，歡迎拍磚，希望多多交流。

1同步與異步

首先來(lái)解釋同步和異步的概念，這兩個(gè)概念與消息的通知機(jī)制有關(guān)。也就是同步與異步主要是從消息通知機(jī)制角度來(lái)說(shuō)的。

1.1概念描述

所謂同步就是一個(gè)任務(wù)的完成需要依賴另外一個(gè)任務(wù)時(shí)，只有等待被依賴的任務(wù)完成后，依賴的任務(wù)才能算完成，這是一種可靠的任務(wù)序列。要么成功都成功，失敗都失敗，兩個(gè)任務(wù)的狀態(tài)可以保持一致。所謂異步是不需要等待被依賴的任務(wù)完成，只是通知被依賴的任務(wù)要完成什么工作，依賴的任務(wù)也立即執(zhí)行，只要自己完成了整個(gè)任務(wù)就算完成了。至于被依賴的任務(wù)最終是否真正完成，依賴它的任務(wù)無(wú)法確定，所以它是不可靠的任務(wù)序列。

(PS:只有兩個(gè)以及兩個(gè)以上的任務(wù)才可能會(huì)有同步/異步的概念產(chǎn)生)

1.2消息通知

異步的概念和同步相對(duì)。當(dāng)一個(gè)同步調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者要一直等待返回消息（結(jié)果）通知后，才能進(jìn)行后續(xù)的執(zhí)行；當(dāng)一個(gè)異步過(guò)程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立刻得到返回消息（結(jié)果）。實(shí)際處理這個(gè)調(diào)用的部件在完成后，通過(guò)狀態(tài)、通知和回調(diào)來(lái)通知調(diào)用者。這里提到執(zhí)行部件和調(diào)用者通過(guò)三種途徑返回結(jié)果：狀態(tài)、通知和回調(diào)。使用哪一種通知機(jī)制，依賴于執(zhí)行部件的實(shí)現(xiàn)，除非執(zhí)行部件提供多種選擇，否則不受調(diào)用者控制。

如果執(zhí)行部件用狀態(tài)來(lái)通知，那么調(diào)用者就需要每隔一定時(shí)間檢查一次，效率就很低（有些初學(xué)多線程編程的人，總喜歡用一個(gè)循環(huán)去檢查某個(gè)變量的值，這其實(shí)是一種很嚴(yán)重的錯(cuò)誤）；

如果是使用通知的方式，效率則很高，因?yàn)閳?zhí)行部件幾乎不需要做額外的操作。至于回調(diào)函數(shù)，其實(shí)和通知沒(méi)太多區(qū)別。

1.2場(chǎng)景比喻

舉個(gè)例子，比如我去銀行辦理業(yè)務(wù)，可能會(huì)有兩種方式：

選擇排隊(duì)等候；

另種選擇取一個(gè)小紙條上面有我的號(hào)碼，等到排到我這一號(hào)時(shí)由柜臺(tái)的人通知我輪到我去辦理業(yè)務(wù)了；

第一種：前者(排隊(duì)等候)就是同步等待消息通知，也就是我要一直在等待銀行辦理業(yè)務(wù)情況；第二種：后者(等待別人通知)就是異步等待消息通知。在異步消息處理中，等待消息通知者(在這個(gè)例子中就是等待辦理業(yè)務(wù)的人)往往注冊(cè)一個(gè)回調(diào)機(jī)制，在所等待的事件被觸發(fā)時(shí)由觸發(fā)機(jī)制(在這里是柜臺(tái)的人)通過(guò)某種機(jī)制(在這里是寫(xiě)在小紙條上的號(hào)碼，喊號(hào))找到等待該事件的人。阻塞非阻塞指的是一個(gè)主體,同步非同步指的是兩個(gè)以上的主體.

2阻塞與非阻塞

阻塞和非阻塞這兩個(gè)概念與程序（線程）等待消息通知(無(wú)所謂同步或者異步)時(shí)的狀態(tài)有關(guān)。也就是說(shuō)阻塞與非阻塞主要是程序（線程）等待消息通知時(shí)的狀態(tài)角度來(lái)說(shuō)的。

2.1概念描述

阻塞調(diào)用是指調(diào)用結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會(huì)被掛起，一直處于等待消息通知，不能夠執(zhí)行其他業(yè)務(wù)。函數(shù)只有在得到結(jié)果之后才會(huì)返回。有人也許會(huì)把阻塞調(diào)用和同步調(diào)用等同起來(lái)，實(shí)際上它們是不同的。

對(duì)于同步調(diào)用來(lái)說(shuō)，很多時(shí)候當(dāng)前線程可能還是激活的，只是從邏輯上當(dāng)前函數(shù)沒(méi)有返回而已，此時(shí)，這個(gè)線程可能也會(huì)處理其他的消息。還有一點(diǎn)，在這里先擴(kuò)展下：(a)如果這個(gè)線程在等待當(dāng)前函數(shù)返回時(shí)，仍在執(zhí)行其他消息處理，那這種情況就叫做同步非阻塞；(b)如果這個(gè)線程在等待當(dāng)前函數(shù)返回時(shí)，沒(méi)有執(zhí)行其他消息處理，而是處于掛起等待狀態(tài)，那這種情況就叫做同步阻塞；所以同步的實(shí)現(xiàn)方式會(huì)有兩種：同步阻塞、同步非阻塞；同理，異步也會(huì)有兩種實(shí)現(xiàn)：異步阻塞、異步非阻塞；

對(duì)于阻塞調(diào)用來(lái)說(shuō)，則當(dāng)前線程就會(huì)被掛起等待當(dāng)前函數(shù)返回；

非阻塞和阻塞的概念相對(duì)應(yīng)，指在不能立刻得到結(jié)果之前，該函數(shù)不會(huì)阻塞當(dāng)前線程，而會(huì)立刻返回。雖然表面上看非阻塞的方式可以明顯的提高CPU的利用率，但是也帶了另外一種后果就是系統(tǒng)的線程切換增加(PS:??)。增加的CPU執(zhí)行時(shí)間能不能補(bǔ)償系統(tǒng)的切換成本需要好好評(píng)估。

2.2場(chǎng)景比喻

繼續(xù)上面的那個(gè)例子，不論是排隊(duì)還是使用號(hào)碼等待通知，如果在這個(gè)等待的過(guò)程中，等待者除了等待消息通知之外不能做其它的事情，那么該機(jī)制就是阻塞的，表現(xiàn)在程序中,也就是該程序一直阻塞在該函數(shù)調(diào)用處不能繼續(xù)往下執(zhí)行。相反，有的人喜歡在銀行辦理這些業(yè)務(wù)的時(shí)候一邊打打電話發(fā)發(fā)短信一邊等待，這樣的狀態(tài)就是非阻塞的，因?yàn)樗?等待者)沒(méi)有阻塞在這個(gè)消息通知上，而是一邊做自己的事情一邊等待。但是需要注意了，同步非阻塞形式實(shí)際上是效率低下的，想象一下你一邊打著電話一邊還需要抬頭看到底隊(duì)伍排到你了沒(méi)有。如果把打電話和觀察排隊(duì)的位置看成是程序的兩個(gè)操作的話，這個(gè)程序需要在這兩種不同的行為之間來(lái)回的切換，效率可想而知是低下的；而異步非阻塞形式卻沒(méi)有這樣的問(wèn)題，因?yàn)榇螂娫捠悄?等待者)的事情，而通知你則是柜臺(tái)(消息觸發(fā)機(jī)制)的事情，程序沒(méi)有在兩種不同的操作中來(lái)回切換。

3同步/異步與阻塞/非阻塞

同步阻塞形式效率是最低的，拿上面的例子來(lái)說(shuō)，就是你專心排隊(duì)，什么別的事都不做。實(shí)際程序中：就是未對(duì)fd設(shè)置O_NONBLOCK標(biāo)志位的read/write操作；

異步阻塞形式如果在銀行等待辦理業(yè)務(wù)的人采用的是異步的方式去等待消息被觸發(fā)（通知），也就是領(lǐng)了一張小紙條，假如在這段時(shí)間里他不能離開(kāi)銀行做其它的事情，那么很顯然，這個(gè)人被阻塞在了這個(gè)等待的操作上面；異步操作是可以被阻塞住的，只不過(guò)它不是在處理消息時(shí)阻塞，而是在等待消息通知時(shí)被阻塞。比如select函數(shù)，假如傳入的最后一個(gè)timeout參數(shù)為NULL，那么如果所關(guān)注的事件沒(méi)有一個(gè)被觸發(fā)，程序就會(huì)一直阻塞在這個(gè)select調(diào)用處。

同步非阻塞形式實(shí)際上是效率低下的，想象一下你一邊打著電話一邊還需要抬頭看到底隊(duì)伍排到你了沒(méi)有，如果把打電話和觀察排隊(duì)的位置看成是程序的兩個(gè)操作的話，這個(gè)程序需要在這兩種不同的行為之間來(lái)回的切換，效率可想而知是低下的。很多人會(huì)寫(xiě)阻塞的read/write操作，但是別忘了可以對(duì)fd設(shè)置O_NONBLOCK標(biāo)志位，這樣就可以將同步操作變成非阻塞的了。

異步非阻塞形式效率更高，因?yàn)榇螂娫捠悄?等待者)的事情，而通知你則是柜臺(tái)(消息觸發(fā)機(jī)制)的事情，程序沒(méi)有在兩種不同的操作中來(lái)回切換。比如說(shuō)，這個(gè)人突然發(fā)覺(jué)自己煙癮犯了，需要出去抽根煙，于是他告訴大堂經(jīng)理說(shuō)，排到我這個(gè)號(hào)碼的時(shí)候麻煩到外面通知我一下(注冊(cè)一個(gè)回調(diào)函數(shù))，那么他就沒(méi)有被阻塞在這個(gè)等待的操作上面，自然這個(gè)就是異步+非阻塞的方式了。如果使用異步非阻塞的情況，比如aio_*組的操作，當(dāng)發(fā)起一個(gè)aio_read操作時(shí)，函數(shù)會(huì)馬上返回不會(huì)被阻塞，當(dāng)所關(guān)注的事件被觸發(fā)時(shí)會(huì)調(diào)用之前注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理。

很多人會(huì)把同步和阻塞混淆，我想是因?yàn)楹芏鄷r(shí)候同步操作會(huì)以阻塞的形式表現(xiàn)出來(lái)，比如很多人會(huì)寫(xiě)阻塞的read/write操作，但是別忘了可以對(duì)fd設(shè)置O_NONBLOCK標(biāo)志位，這樣就可以將同步操作變成非阻塞的了。但最根本是因?yàn)闆](méi)有區(qū)分這兩個(gè)概念，比如阻塞的read/write操作中，其實(shí)是把消息通知機(jī)制和等待消息通知的狀態(tài)結(jié)合在了一起，在這里所關(guān)注的消息就是fd是否可讀/寫(xiě)，而等待消息通知的狀態(tài)則是對(duì)fd可讀/寫(xiě)等待過(guò)程中程序（線程）的狀態(tài)。當(dāng)我們將這個(gè)fd設(shè)置為非阻塞的時(shí)候，read/write操作就不會(huì)在等待消息通知這里阻塞，如果fd不可讀/寫(xiě)則操作立即返回。同樣的，很多人也會(huì)把異步和非阻塞混淆，因?yàn)楫惒讲僮饕话愣疾粫?huì)在真正的IO操作處被阻塞，比如如果用select函數(shù)，當(dāng)select返回可讀時(shí)再去read一般都不會(huì)被阻塞，而是在select函數(shù)調(diào)用處阻塞。4小明的故事對(duì)上面所講的概念再次進(jìn)行一個(gè)場(chǎng)景梳理，上面已經(jīng)明確說(shuō)明，同步/異步關(guān)注的是消息通知的機(jī)制，而阻塞/非阻塞關(guān)注的是程序（線程）等待消息通知時(shí)的狀態(tài)。以小明下載文件打個(gè)比方，從這兩個(gè)關(guān)注點(diǎn)來(lái)再次說(shuō)明這兩組概念，希望能夠更好的促進(jìn)大家的理解。

同步阻塞：小明一直盯著下載進(jìn)度條，到100%的時(shí)候就完成。同步體現(xiàn)在：等待下載完成通知；阻塞體現(xiàn)在：等待下載完成通知過(guò)程中，不能做其他任務(wù)處理；

同步非阻塞：小明提交下載任務(wù)后就去干別的，每過(guò)一段時(shí)間就去瞄一眼進(jìn)度條，看到100%就完成。同步體現(xiàn)在：等待下載完成通知；非阻塞體現(xiàn)在：等待下載完成通知過(guò)程中，去干別的任務(wù)了，只是時(shí)不時(shí)會(huì)瞄一眼進(jìn)度條；【小明必須要在兩個(gè)任務(wù)間切換，關(guān)注下載進(jìn)度】

異步阻塞：小明換了個(gè)有下載完成通知功能的軟件，下載完成就“叮”一聲。不過(guò)小明仍然一直等待“叮”的聲音（看起來(lái)很傻，不是嗎）。異步體現(xiàn)在：下載完成“叮”一聲通知；阻塞體現(xiàn)在：等待下載完成“叮”一聲通知過(guò)程中，不能做其他任務(wù)處理；

異步非阻塞：仍然是那個(gè)會(huì)“叮”一聲的下載軟件，小明提交下載任務(wù)后就去干別的，聽(tīng)到“叮”的一聲就知道完成了。異步體現(xiàn)在：下載完成“叮”一聲通知；非阻塞體現(xiàn)在：等待下載完成“叮”一聲通知過(guò)程中，去干別的任務(wù)了，只需要接收“叮”聲通知即可；【軟件處理下載任務(wù)，小明處理其他任務(wù)，不需關(guān)注進(jìn)度，只需接收軟件“叮”聲通知，即可】

也就是說(shuō)，同步/異步是“下載完成消息”通知的方式（機(jī)制），而阻塞/非阻塞則是在等待“下載完成消息”通知過(guò)程中的狀態(tài)（能不能干其他任務(wù)），在不同的場(chǎng)景下，同步/異步、阻塞/非阻塞的四種組合都有應(yīng)用。所以，綜上所述，同步和異步僅僅是關(guān)注的消息如何通知的機(jī)制，而阻塞與非阻塞關(guān)注的是等待消息通知時(shí)的狀態(tài)。也就是說(shuō)，同步的情況下，是由處理消息者自己去等待消息是否被觸發(fā)，而異步的情況下是由觸發(fā)機(jī)制來(lái)通知處理消息者，所以在異步機(jī)制中，處理消息者和觸發(fā)機(jī)制之間就需要一個(gè)連接的橋梁：在銀行的例子中，這個(gè)橋梁就是小紙條上面的號(hào)碼。在小明的例子中，這個(gè)橋梁就是軟件“叮”的聲音。最后，請(qǐng)大家注意理解“消息通知機(jī)制”和“等待消息通知時(shí)的狀態(tài)”這兩個(gè)概念，這是理解四個(gè)概念的關(guān)鍵所在。

聊聊Linux五種IO模型

上一篇《聊聊同步、異步、阻塞與非阻塞》已經(jīng)通俗的講解了，要理解同步、異步、阻塞與非阻塞重要的兩個(gè)概念點(diǎn)了，沒(méi)有看過(guò)的，建議先看這篇博文理解這兩個(gè)概念點(diǎn)。在認(rèn)知上，建立統(tǒng)一的模型。這樣，大家在繼續(xù)看本篇時(shí)，才不會(huì)理解有偏差。那么，在正式開(kāi)始講Linux IO模型前，比如：同步IO和異步IO，阻塞IO和非阻塞IO分別是什么，到底有什么區(qū)別？不同的人在不同的上下文下給出的答案是不同的。所以先限定一下本文的上下文。

1概念說(shuō)明

在進(jìn)行解釋之前，首先要說(shuō)明幾個(gè)概念：

1.1 用戶空間和內(nèi)核空間

1.2 進(jìn)程切換

1.3 進(jìn)程的阻塞

1.4 文件描述符

1.5 緩存IO

1.1用戶空間與內(nèi)核空間

現(xiàn)在操作系統(tǒng)都是采用虛擬存儲(chǔ)器，那么對(duì)32位操作系統(tǒng)而言，它的尋址空間（虛擬存儲(chǔ)空間）為4G（2的32次方）。操作系統(tǒng)的核心是內(nèi)核，獨(dú)立于普通的應(yīng)用程序，可以訪問(wèn)受保護(hù)的內(nèi)存空間，也有訪問(wèn)底層硬件設(shè)備的所有權(quán)限。為了保證用戶進(jìn)程不能直接操作內(nèi)核（kernel），保證內(nèi)核的安全，操作系統(tǒng)將虛擬空間劃分為兩部分，一部分為內(nèi)核空間，一部分為用戶空間。針對(duì)linux操作系統(tǒng)而言，將最高的1G字節(jié)（從虛擬地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供內(nèi)核使用，稱為內(nèi)核空間，而將較低的3G字節(jié)（從虛擬地址0x00000000到0xBFFFFFFF），供各個(gè)進(jìn)程使用，稱為用戶空間。

1.2進(jìn)程切換

為了控制進(jìn)程的執(zhí)行，內(nèi)核必須有能力掛起正在CPU上運(yùn)行的進(jìn)程，并恢復(fù)以前掛起的某個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行。這種行為被稱為進(jìn)程切換。因此可以說(shuō)，任何進(jìn)程都是在操作系統(tǒng)內(nèi)核的支持下運(yùn)行的，是與內(nèi)核緊密相關(guān)的。從一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行轉(zhuǎn)到另一個(gè)進(jìn)程上運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程中經(jīng)過(guò)下面這些變化：

1>保存處理機(jī)上下文，包括程序計(jì)數(shù)器和其他寄存器。

2>更新PCB信息。

3>把進(jìn)程的PCB移入相應(yīng)的隊(duì)列，如就緒、在某事件阻塞等隊(duì)列。

4>選擇另一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行，并更新其PCB。

5>更新內(nèi)存管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

6>恢復(fù)處理機(jī)上下文。

注：總而言之就是很耗資源，具體的可以參考這篇文章：進(jìn)程切換。

1.3進(jìn)程的阻塞

正在執(zhí)行的進(jìn)程，由于期待的某些事件未發(fā)生，如請(qǐng)求系統(tǒng)資源失敗、等待某種操作的完成、新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)或無(wú)新工作做等，則由系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行阻塞原語(yǔ)(Block)，使自己由運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。可見(jiàn)，進(jìn)程的阻塞是進(jìn)程自身的一種主動(dòng)行為，也因此只有處于運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程（獲得CPU），才可能將其轉(zhuǎn)為阻塞狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，是不占用CPU資源的。

1.4文件描述符fd

文件描述符（File descriptor）是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，是一個(gè)用于表述指向文件的引用的抽象化概念。

文件描述符在形式上是一個(gè)非負(fù)整數(shù)。實(shí)際上，它是一個(gè)索引值，指向內(nèi)核為每一個(gè)進(jìn)程所維護(hù)的該進(jìn)程打開(kāi)文件的記錄表。當(dāng)程序打開(kāi)一個(gè)現(xiàn)有文件或者創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，內(nèi)核向進(jìn)程返回一個(gè)文件描述符。在程序設(shè)計(jì)中，一些涉及底層的程序編寫(xiě)往往會(huì)圍繞著文件描述符展開(kāi)。但是文件描述符這一概念往往只適用于UNIX、Linux這樣的操作系統(tǒng)。

1.5緩存IO

緩存IO又被稱作標(biāo)準(zhǔn)IO，大多數(shù)文件系統(tǒng)的默認(rèn)IO操作都是緩存IO。在Linux的緩存IO機(jī)制中，操作系統(tǒng)會(huì)將IO的數(shù)據(jù)緩存在文件系統(tǒng)的頁(yè)緩存（page cache）中，也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)會(huì)先被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)中，然后才會(huì)從操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序的地址空間。

緩存IO的缺點(diǎn)：

數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中需要在應(yīng)用程序地址空間和內(nèi)核進(jìn)行多次數(shù)據(jù)拷貝操作，這些數(shù)據(jù)拷貝操作所帶來(lái)的CPU以及內(nèi)存開(kāi)銷是非常大的。

2 ?Linux IO模型

網(wǎng)絡(luò)IO的本質(zhì)是socket的讀取，socket在linux系統(tǒng)被抽象為流，IO可以理解為對(duì)流的操作。剛才說(shuō)了，對(duì)于一次IO訪問(wèn)（以read舉例），數(shù)據(jù)會(huì)先被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)中，然后才會(huì)從操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序的地址空間。所以說(shuō)，當(dāng)一個(gè)read操作發(fā)生時(shí)，它會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)階段：

第一階段：等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(Waiting for the data to be ready)。

第二階段：將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到進(jìn)程中(Copying the data from the kernel to the process)。

對(duì)于socket流而言，

第一步：通常涉及等待網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)分組到達(dá)，然后被復(fù)制到內(nèi)核的某個(gè)緩沖區(qū)。

第二步：把數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)復(fù)制到應(yīng)用進(jìn)程緩沖區(qū)。

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要處理的無(wú)非就是兩大類問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)IO，數(shù)據(jù)計(jì)算。相對(duì)于后者，網(wǎng)絡(luò)IO的延遲，給應(yīng)用帶來(lái)的性能瓶頸大于后者。網(wǎng)絡(luò)IO的模型大致有如下幾種：

同步模型（synchronous IO）

? ? 阻塞IO（bloking IO）

? ? 非阻塞IO（non-blocking IO）

? ? 多路復(fù)用IO（multiplexing IO）

? ? 信號(hào)驅(qū)動(dòng)式IO（signal-driven IO）?

異步IO（asynchronous IO）

注：由于signal

driven IO在實(shí)際中并不常用，所以我這只提及剩下的四種IO ?Model。

在深入介紹Linux ?IO各種模型之前，讓我們先來(lái)探索一下基本Linux ?IO模型的簡(jiǎn)單矩陣。如下圖所示：

每個(gè)IO模型都有自己的使用模式，它們對(duì)于特定的應(yīng)用程序都有自己的優(yōu)點(diǎn)。本節(jié)將簡(jiǎn)要對(duì)其一一進(jìn)行介紹。常見(jiàn)的IO模型有阻塞、非阻塞、IO多路復(fù)用，異步。以一個(gè)生動(dòng)形象的例子來(lái)說(shuō)明這四個(gè)概念。周末我和女友去逛街，中午餓了，我們準(zhǔn)備去吃飯。周末人多，吃飯需要排隊(duì)，我和女友有以下幾種方案。

2.1同步阻塞IO（blocking IO）

2.1.1場(chǎng)景描述

我和女友點(diǎn)完餐后，不知道什么時(shí)候能做好，只好坐在餐廳里面等，直到做好，然后吃完才離開(kāi)。女友本想還和我一起逛街的，但是不知道飯能什么時(shí)候做好，只好和我一起在餐廳等，而不能去逛街，直到吃完飯才能去逛街，中間等待做飯的時(shí)間浪費(fèi)掉了。這就是典型的阻塞。

2.1.2網(wǎng)絡(luò)模型

同步阻塞IO模型是最常用的一個(gè)模型，也是最簡(jiǎn)單的模型。在linux中，默認(rèn)情況下所有的socket都是blocking。它符合人們最常見(jiàn)的思考邏輯。阻塞就是進(jìn)程"被"休息, ?CPU處理其它進(jìn)程去了。

在這個(gè)IO模型中，用戶空間的應(yīng)用程序執(zhí)行一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用（recvform），這會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序阻塞，什么也不干，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，并且將數(shù)據(jù)從內(nèi)核復(fù)制到用戶進(jìn)程，最后進(jìn)程再處理數(shù)據(jù)，在等待數(shù)據(jù)到處理數(shù)據(jù)的兩個(gè)階段，整個(gè)進(jìn)程都被阻塞。不能處理別的網(wǎng)絡(luò)IO。調(diào)用應(yīng)用程序處于一種不再消費(fèi)CPU而只是簡(jiǎn)單等待響應(yīng)的狀態(tài)，因此從處理的角度來(lái)看，這是非常有效的。在調(diào)用recv()/recvfrom()函數(shù)時(shí)，發(fā)生在內(nèi)核中等待數(shù)據(jù)和復(fù)制數(shù)據(jù)的過(guò)程，大致如下圖：

2.1.3流程描述

當(dāng)用戶進(jìn)程調(diào)用了recv()/recvfrom()這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，kernel就開(kāi)始了IO的第一個(gè)階段：準(zhǔn)備數(shù)據(jù)（對(duì)于網(wǎng)絡(luò)IO來(lái)說(shuō)，很多時(shí)候數(shù)據(jù)在一開(kāi)始還沒(méi)有到達(dá)。比如，還沒(méi)有收到一個(gè)完整的UDP包。這個(gè)時(shí)候kernel就要等待足夠的數(shù)據(jù)到來(lái)）。這個(gè)過(guò)程需要等待，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)中是需要一個(gè)過(guò)程的。而在用戶進(jìn)程這邊，整個(gè)進(jìn)程會(huì)被阻塞（當(dāng)然，是進(jìn)程自己選擇的阻塞）。第二個(gè)階段：當(dāng)kernel一直等到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，它就會(huì)將數(shù)據(jù)從kernel中拷貝到用戶內(nèi)存，然后kernel返回結(jié)果，用戶進(jìn)程才解除block的狀態(tài)，重新運(yùn)行起來(lái)。所以，blocking IO的特點(diǎn)就是在IO執(zhí)行的兩個(gè)階段都被block了。

優(yōu)點(diǎn)：

? ? 能夠及時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)，無(wú)延遲；

? ? 對(duì)內(nèi)核開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)這是省事了；

缺點(diǎn)：

? ?對(duì)用戶來(lái)說(shuō)處于等待就要付出性能的代價(jià)了；

2.2同步非阻塞IO（nonblocking ?IO）

2.2.1場(chǎng)景描述

我女友不甘心白白在這等，又想去逛商場(chǎng)，又擔(dān)心飯好了。所以我們逛一會(huì)，回來(lái)詢問(wèn)服務(wù)員飯好了沒(méi)有，來(lái)來(lái)回回好多次，飯都還沒(méi)吃都快累死了啦。這就是非阻塞。需要不斷的詢問(wèn)，是否準(zhǔn)備好了。

2.2.2網(wǎng)絡(luò)模型

同步非阻塞就是 “每隔一會(huì)兒瞄一眼進(jìn)度條”的輪詢（polling）方式。在這種模型中，設(shè)備是以非阻塞的形式打開(kāi)的。這意味著IO操作不會(huì)立即完成，read操作可能會(huì)返回一個(gè)錯(cuò)誤代碼，說(shuō)明這個(gè)命令不能立即滿足（EAGAIN或EWOULDBLOCK）。

在網(wǎng)絡(luò)IO時(shí)候，非阻塞IO也會(huì)進(jìn)行recvform系統(tǒng)調(diào)用，檢查數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，與阻塞IO不一樣，"非阻塞將大的整片時(shí)間的阻塞分成N多的小的阻塞,所以進(jìn)程不斷地有機(jī)會(huì)'被' CPU光顧"。

也就是說(shuō)非阻塞的recvform系統(tǒng)調(diào)用調(diào)用之后，進(jìn)程并沒(méi)有被阻塞，內(nèi)核馬上返回給進(jìn)程，如果數(shù)據(jù)還沒(méi)準(zhǔn)備好，此時(shí)會(huì)返回一個(gè)error。進(jìn)程在返回之后，可以干點(diǎn)別的事情，然后再發(fā)起recvform系統(tǒng)調(diào)用。重復(fù)上面的過(guò)程，循環(huán)往復(fù)的進(jìn)行recvform系統(tǒng)調(diào)用。這個(gè)過(guò)程通常被稱之為輪詢。輪詢檢查內(nèi)核數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，再拷貝數(shù)據(jù)到進(jìn)程，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。需要注意，拷貝數(shù)據(jù)整個(gè)過(guò)程，進(jìn)程仍然是屬于阻塞的狀態(tài)。

在linux下，可以通過(guò)設(shè)置socket使其變?yōu)閚on-blocking。當(dāng)對(duì)一個(gè)non-blocking

socket執(zhí)行讀操作時(shí)，流程如圖所示：

2.2.3流程描述

當(dāng)用戶進(jìn)程發(fā)出read操作時(shí)，如果kernel中的數(shù)據(jù)還沒(méi)有準(zhǔn)備好，那么它并不會(huì)block用戶進(jìn)程，而是立刻返回一個(gè)error。從用戶進(jìn)程角度講，它發(fā)起一個(gè)read操作后，并不需要等待，而是馬上就得到了一個(gè)結(jié)果。用戶進(jìn)程判斷結(jié)果是一個(gè)error時(shí)，它就知道數(shù)據(jù)還沒(méi)有準(zhǔn)備好，于是它可以再次發(fā)送read操作。一旦kernel中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，并且又再次收到了用戶進(jìn)程的system call，那么它馬上就將數(shù)據(jù)拷貝到了用戶內(nèi)存，然后返回。所以，nonblocking ?IO的特點(diǎn)是用戶進(jìn)程需要不斷的主動(dòng)詢問(wèn)kernel數(shù)據(jù)好了沒(méi)有。

同步非阻塞方式相比同步阻塞方式：

優(yōu)點(diǎn)：能夠在等待任務(wù)完成的時(shí)間里干其他活了（包括提交其他任務(wù)，也就是“后臺(tái)” 可以有多個(gè)任務(wù)在同時(shí)執(zhí)行）。

缺點(diǎn)：任務(wù)完成的響應(yīng)延遲增大了，因?yàn)槊窟^(guò)一段時(shí)間才去輪詢一次read操作，而任務(wù)可能在兩次輪詢之間的任意時(shí)間完成。這會(huì)導(dǎo)致整體數(shù)據(jù)吞吐量的降低。

(ps:為什么這里還是叫做同步呢?因?yàn)闊o(wú)論是read函數(shù)被設(shè)置成阻塞(默認(rèn))還是非阻塞(O_NONBLOCK),調(diào)用read函數(shù)的進(jìn)程始終處于等待狀態(tài)(等待read返回?cái)?shù)據(jù)給此進(jìn)程):阻塞的時(shí)候read一直等待數(shù)據(jù)返回,非阻塞的時(shí)候read一直等待正確數(shù)據(jù)返回.)

2.3 IO多路復(fù)用（IO ?multiplexing）

2.3.1場(chǎng)景描述

與第二個(gè)方案差不多，餐廳安裝了電子屏幕用來(lái)顯示點(diǎn)餐的狀態(tài)，這樣我和女友逛街一會(huì)，回來(lái)就不用去詢問(wèn)服務(wù)員了，直接看電子屏幕就可以了。這樣每個(gè)人的餐是否好了，都直接看電子屏幕就可以了，這就是典型的IO多路復(fù)用。

(PS:多了個(gè)電子屏幕)

2.3.2網(wǎng)絡(luò)模型

由于同步非阻塞方式需要不斷主動(dòng)輪詢，輪詢占據(jù)了很大一部分過(guò)程，輪詢會(huì)消耗大量的CPU時(shí)間，而 “后臺(tái)” 可能有多個(gè)任務(wù)在同時(shí)進(jìn)行，人們就想到了循環(huán)查詢多個(gè)任務(wù)的完成狀態(tài)，只要有任何一個(gè)任務(wù)完成，就去處理它。如果輪詢不是進(jìn)程的用戶態(tài)(PS:??)，而是有人幫忙就好了。那么這就是所謂的 “IO多路復(fù)用”。UNIX/Linux下的select、poll、epoll就是干這個(gè)的（epoll比poll、select效率高，做的事情是一樣的）。

IO多路復(fù)用有兩個(gè)特別的系統(tǒng)調(diào)用select、poll、epoll函數(shù)。select調(diào)用是內(nèi)核級(jí)別的，select輪詢相對(duì)非阻塞的輪詢的區(qū)別在于---前者可以等待多個(gè)socket，能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)IO端口進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)其中任何一個(gè)socket的數(shù)據(jù)準(zhǔn)好了，就能返回進(jìn)行可讀，然后進(jìn)程再進(jìn)行recvform系統(tǒng)調(diào)用，將數(shù)據(jù)由內(nèi)核拷貝到用戶進(jìn)程，當(dāng)然這個(gè)過(guò)程是阻塞的。select或poll調(diào)用之后，會(huì)阻塞進(jìn)程，與blocking ?IO阻塞不同在于，此時(shí)的select不是等到socket數(shù)據(jù)全部到達(dá)再處理,而是有了一部分?jǐn)?shù)據(jù)就會(huì)調(diào)用用戶進(jìn)程來(lái)處理。如何知道有一部分?jǐn)?shù)據(jù)到達(dá)了呢？監(jiān)視的事情交給了內(nèi)核，內(nèi)核負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)到達(dá)的處理。也可以理解為"非阻塞"吧。

I/O復(fù)用模型會(huì)用到select、poll、epoll函數(shù)，這幾個(gè)函數(shù)也會(huì)使進(jìn)程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，這兩個(gè)函數(shù)可以同時(shí)阻塞多個(gè)I/O操作。而且可以同時(shí)對(duì)多個(gè)讀操作，多個(gè)寫(xiě)操作的I/O函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，直到有數(shù)據(jù)可讀或可寫(xiě)時(shí)（注意不是全部數(shù)據(jù)可讀或可寫(xiě)），才真正調(diào)用I/O操作函數(shù)。

對(duì)于多路復(fù)用，也就是輪詢多個(gè)socket。多路復(fù)用既然可以處理多個(gè)IO，也就帶來(lái)了新的問(wèn)題，多個(gè)IO之間的順序變得不確定了，當(dāng)然也可以針對(duì)不同的編號(hào)。具體流程，如下圖所示：

2.3.3流程描述

IO multiplexing就是我們說(shuō)的select，poll，epoll，有些地方也稱這種IO方式為event ?driven IO。select/epoll的好處就在于單個(gè)process就可以同時(shí)處理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接的IO。它的基本原理就是select，poll，epoll這個(gè)function會(huì)不斷的輪詢所負(fù)責(zé)的所有socket，當(dāng)某個(gè)socket有數(shù)據(jù)到達(dá)了，就通知用戶進(jìn)程。

當(dāng)用戶進(jìn)程調(diào)用了select，那么整個(gè)進(jìn)程會(huì)被block，而同時(shí)，kernel會(huì)“監(jiān)視”所有select負(fù)責(zé)的socket，當(dāng)任何一個(gè)socket中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，select就會(huì)返回。這個(gè)時(shí)候用戶進(jìn)程再調(diào)用read操作，將數(shù)據(jù)從kernel拷貝到用戶進(jìn)程。

多路復(fù)用的特點(diǎn)是通過(guò)一種機(jī)制一個(gè)進(jìn)程能同時(shí)等待IO文件描述符，內(nèi)核監(jiān)視這些文件描述符（套接字描述符），其中的任意一個(gè)進(jìn)入讀就緒狀態(tài)，select，poll，epoll函數(shù)就可以返回。對(duì)于監(jiān)視的方式，又可以分為select，poll，epoll三種方式。

上面的圖和blocking IO的圖其實(shí)并沒(méi)有太大的不同，事實(shí)上，還更差一些。因?yàn)檫@里需要使用兩個(gè)system call (select和recvfrom)，而blocking IO只調(diào)用了一個(gè)system call (recvfrom)。但是，用select的優(yōu)勢(shì)在于它可以同時(shí)處理多個(gè)connection。

所以，如果處理的連接數(shù)不是很高的話，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延遲還更大。（select/epoll的優(yōu)勢(shì)并不是對(duì)于單個(gè)連接能處理得更快，而是在于能處理更多的連接。）

在IO multiplexing Model中，實(shí)際中，對(duì)于每一個(gè)socket，一般都設(shè)置成為non-blocking，但是，如上圖所示，整個(gè)用戶的process其實(shí)是一直被block的。只不過(guò)process是被select這個(gè)函數(shù)block，而不是被socket IO給block。所以IO多路復(fù)用是阻塞在select，epoll這樣的系統(tǒng)調(diào)用之上，而沒(méi)有阻塞在真正的I/O系統(tǒng)調(diào)用如recvfrom之上。

在I/O編程過(guò)程中，當(dāng)需要同時(shí)處理多個(gè)客戶端接入請(qǐng)求時(shí)，可以利用多線程或者I/O多路復(fù)用技術(shù)進(jìn)行處理。I/O多路復(fù)用技術(shù)通過(guò)把多個(gè)I/O的阻塞復(fù)用到同一個(gè)select的阻塞上，從而使得系統(tǒng)在單線程的情況下可以同時(shí)處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求。與傳統(tǒng)的多線程/多進(jìn)程模型比，I/O多路復(fù)用的最大優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)開(kāi)銷小，系統(tǒng)不需要?jiǎng)?chuàng)建新的額外進(jìn)程或者線程，也不需要維護(hù)這些進(jìn)程和線程的運(yùn)行，降底了系統(tǒng)的維護(hù)工作量，節(jié)省了系統(tǒng)資源，I/O多路復(fù)用的主要應(yīng)用場(chǎng)景如下：

服務(wù)器需要同時(shí)處理多個(gè)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)或者多個(gè)連接狀態(tài)的套接字。

服務(wù)器需要同時(shí)處理多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的套接字。

了解了前面三種IO模式，在用戶進(jìn)程進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候，他們?cè)诘却龜?shù)據(jù)到來(lái)的時(shí)候，處理的方式不一樣，直接等待，輪詢，select或poll輪詢，兩個(gè)階段過(guò)程：

第一個(gè)階段有的阻塞，有的不阻塞，有的可以阻塞又可以不阻塞。

第二個(gè)階段都是阻塞的。

從整個(gè)IO過(guò)程來(lái)看，他們都是順序執(zhí)行的，因此可以歸為同步模型(synchronous)。都是進(jìn)程主動(dòng)等待且向內(nèi)核檢查狀態(tài)。【此句很重要！！！】

高并發(fā)的程序一般使用同步非阻塞方式而非多線程+同步阻塞方式。要理解這一點(diǎn)，首先要扯到并發(fā)和并行的區(qū)別。比如去某部門辦事需要依次去幾個(gè)窗口，辦事大廳里的人數(shù)就是并發(fā)數(shù)，而窗口個(gè)數(shù)就是并行度。也就是說(shuō)并發(fā)數(shù)是指同時(shí)進(jìn)行的任務(wù)數(shù)（如同時(shí)服務(wù)的HTTP請(qǐng)求），而并行數(shù)是可以同時(shí)工作的物理資源數(shù)量（如CPU核數(shù)）。通過(guò)合理調(diào)度任務(wù)的不同階段，并發(fā)數(shù)可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于并行度，這就是區(qū)區(qū)幾個(gè)CPU可以支持上萬(wàn)個(gè)用戶并發(fā)請(qǐng)求的奧秘。在這種高并發(fā)的情況下，為每個(gè)任務(wù)（用戶請(qǐng)求）創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程或線程的開(kāi)銷非常大。而同步非阻塞方式可以把多個(gè)IO請(qǐng)求丟到后臺(tái)去，這就可以在一個(gè)進(jìn)程里服務(wù)大量的并發(fā)IO請(qǐng)求。

注意：IO多路復(fù)用是同步阻塞模型還是異步阻塞模型，在此給大家分析下：

此處仍然不太清楚的，強(qiáng)烈建議大家在細(xì)究《聊聊同步、異步、阻塞與非阻塞》中講同步與異步的根本性區(qū)別，同步是需要主動(dòng)等待消息通知，而異步則是被動(dòng)接收消息通知，通過(guò)回調(diào)、通知、狀態(tài)等方式來(lái)被動(dòng)獲取消息。IO多路復(fù)用在阻塞到select階段時(shí)，用戶進(jìn)程是主動(dòng)等待并調(diào)用select函數(shù)獲取數(shù)據(jù)就緒狀態(tài)消息，并且其進(jìn)程狀態(tài)為阻塞。所以，把IO多路復(fù)用歸為同步阻塞模式。

2.4信號(hào)驅(qū)動(dòng)式IO（signal-driven ? IO）

信號(hào)驅(qū)動(dòng)式I/O：首先我們?cè)试SSocket進(jìn)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO,并安裝一個(gè)信號(hào)處理函數(shù)，進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行并不阻塞。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，進(jìn)程會(huì)收到一個(gè)SIGIO信號(hào)，可以在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用I/O操作函數(shù)處理數(shù)據(jù)。過(guò)程如下圖所示：

2.5異步非阻塞IO（asynchronous ? IO）

2.5.1場(chǎng)景描述

女友不想逛街，又餐廳太吵了，回家好好休息一下。于是我們叫外賣，打個(gè)電話點(diǎn)餐，然后我和女友可以在家好好休息一下，飯好了送貨員送到家里來(lái)。這就是典型的異步，只需要打個(gè)電話說(shuō)一下，然后可以做自己的事情，飯好了就送來(lái)了。

2.5.2網(wǎng)絡(luò)模型

相對(duì)于同步IO，異步IO不是順序執(zhí)行。用戶進(jìn)程進(jìn)行aio_read系統(tǒng)調(diào)用之后，無(wú)論內(nèi)核數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，都會(huì)直接返回給用戶進(jìn)程，然后用戶態(tài)進(jìn)程可以去做別的事情。等到socket數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，內(nèi)核直接復(fù)制數(shù)據(jù)給進(jìn)程，然后從內(nèi)核向進(jìn)程發(fā)送通知。IO兩個(gè)階段，進(jìn)程都是非阻塞的。

Linux提供了AIO庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)異步，但是用的很少。目前有很多開(kāi)源的異步IO庫(kù)，例如libevent、libev、libuv。異步過(guò)程如下圖所示：

2.5.3流程描述

用戶進(jìn)程發(fā)起aio_read操作之后，立刻就可以開(kāi)始去做其它的事。而另一方面，從kernel的角度，當(dāng)它受到一個(gè)asynchronous read之后，首先它會(huì)立刻返回，所以不會(huì)對(duì)用戶進(jìn)程產(chǎn)生任何block。然后，kernel會(huì)等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成，然后將數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存，當(dāng)這一切都完成之后，kernel會(huì)給用戶進(jìn)程發(fā)送一個(gè)signal或執(zhí)行一個(gè)基于線程的回調(diào)函數(shù)來(lái)完成這次IO處理過(guò)程，告訴它read操作完成了。

在Linux中，通知的方式是 ?“信號(hào)”：

如果這個(gè)進(jìn)程正在用戶態(tài)忙著做別的事（例如在計(jì)算兩個(gè)矩陣的乘積），那就強(qiáng)行打斷之，調(diào)用事先注冊(cè)的信號(hào)處理函數(shù)，這個(gè)函數(shù)可以決定何時(shí)以及如何處理這個(gè)異步任務(wù)。由于信號(hào)處理函數(shù)是突然闖進(jìn)來(lái)的，因此跟中斷處理程序一樣，有很多事情是不能做的，因此保險(xiǎn)起見(jiàn)，一般是把事件“登記” 一下放進(jìn)隊(duì)列，然后返回該進(jìn)程原來(lái)在做的事。如果這個(gè)進(jìn)程正在內(nèi)核態(tài)忙著做別的事，例如以同步阻塞方式讀寫(xiě)磁盤，那就只好把這個(gè)通知掛起來(lái)了，等到內(nèi)核態(tài)的事情忙完了，快要回到用戶態(tài)的時(shí)候，再觸發(fā)信號(hào)通知。

如果這個(gè)進(jìn)程現(xiàn)在被掛起了，例如無(wú)事可做sleep了，那就把這個(gè)進(jìn)程喚醒，下次有CPU空閑的時(shí)候，就會(huì)調(diào)度到這個(gè)進(jìn)程，觸發(fā)信號(hào)通知。

異步API說(shuō)來(lái)輕巧，做來(lái)難，這主要是對(duì)API的實(shí)現(xiàn)者而言的。Linux的異步IO（AIO）支持是2.6.22才引入的，還有很多系統(tǒng)調(diào)用不支持異步IO。Linux的異步IO最初是為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的，因此通過(guò)異步IO的讀寫(xiě)操作不會(huì)被緩存或緩沖，這就無(wú)法利用操作系統(tǒng)的緩存與緩沖機(jī)制。

很多人把Linux的O_NONBLOCK認(rèn)為是異步方式，但事實(shí)上這是前面講的同步非阻塞方式。需要指出的是，雖然Linux上的IO

API略顯粗糙，但每種編程框架都有封裝好的異步IO實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)少做事，把更多的自由留給用戶，正是UNIX的設(shè)計(jì)哲學(xué)，也是Linux上編程框架百花齊放的一個(gè)原因。

從前面IO模型的分類中，我們可以看出AIO的動(dòng)機(jī)：

同步阻塞模型需要在IO操作開(kāi)始時(shí)阻塞應(yīng)用程序。這意味著不可能同時(shí)重疊進(jìn)行處理和IO操作。

同步非阻塞模型允許處理和IO操作重疊進(jìn)行，但是這需要應(yīng)用程序根據(jù)重現(xiàn)的規(guī)則來(lái)檢查IO操作的狀態(tài)。

這樣就剩下異步非阻塞IO了，它允許處理和IO操作重疊進(jìn)行，包括IO操作完成的通知。

IO多路復(fù)用除了需要阻塞之外，select函數(shù)所提供的功能（異步阻塞IO）與AIO類似。不過(guò)，它是對(duì)通知事件進(jìn)行阻塞，而不是對(duì)IO調(diào)用進(jìn)行阻塞。

2.6關(guān)于異步阻塞

有時(shí)我們的API只提供異步通知方式，例如在node.js里，但業(yè)務(wù)邏輯需要的是做完一件事后做另一件事，例如數(shù)據(jù)庫(kù)連接初始化后才能開(kāi)始接受用戶的HTTP請(qǐng)求。這樣的業(yè)務(wù)邏輯就需要調(diào)用者是以阻塞方式來(lái)工作。

為了在異步環(huán)境里模擬 “順序執(zhí)行” ?的效果，就需要把同步代碼轉(zhuǎn)換成異步形式，這稱為CPS（Continuation Passing Style）變換。BYVoid大神的continuation.js庫(kù)就是一個(gè)CPS變換的工具。用戶只需用比較符合人類常理的同步方式書(shū)寫(xiě)代碼，CPS變換器會(huì)把它轉(zhuǎn)換成層層嵌套的異步回調(diào)形式。

另外一種使用阻塞方式的理由是降低響應(yīng)延遲。如果采用非阻塞方式，一個(gè)任務(wù)A被提交到后臺(tái)，就開(kāi)始做另一件事B，但B還沒(méi)做完，A就完成了，這時(shí)要想讓A的完成事件被盡快處理（比如A是個(gè)緊急事務(wù)），要么丟棄做到一半的B，要么保存B的中間狀態(tài)并切換回A，任務(wù)的切換是需要時(shí)間的（不管是從磁盤載入到內(nèi)存，還是從內(nèi)存載入到高速緩存），這勢(shì)必降低A的響應(yīng)速度。因此，對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)或者延遲敏感的事務(wù)，有時(shí)采用阻塞方式比非阻塞方式更好。

3五種IO模型總結(jié)

3.1 blocking和non-blocking區(qū)別

調(diào)用blocking IO會(huì)一直block住對(duì)應(yīng)的進(jìn)程直到操作完成，而non-blocking IO在kernel還準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的情況下會(huì)立刻返回。

3.2 synchronous IO和asynchronous IO區(qū)別

在說(shuō)明synchronous IO和asynchronous IO的區(qū)別之前，需要先給出兩者的定義。POSIX的定義是這樣子的：

A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes;

An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;

兩者的區(qū)別就在于synchronous

IO做”IO operation”的時(shí)候會(huì)將process阻塞。按照這個(gè)定義，之前所述的blocking IO，non-blocking IO，IO multiplexing都屬于synchronous ?IO。

有人會(huì)說(shuō)，non-blocking IO并沒(méi)有被block啊。這里有個(gè)非常“狡猾”的地方，定義中所指的”IO operation”是指真實(shí)的IO操作，就是例子中的recvfrom這個(gè)system call。non-blocking IO在執(zhí)行recvfrom這個(gè)system call的時(shí)候，如果kernel的數(shù)據(jù)沒(méi)有準(zhǔn)備好，這時(shí)候不會(huì)block進(jìn)程。但是，當(dāng)kernel中數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好的時(shí)候，recvfrom會(huì)將數(shù)據(jù)從kernel拷貝到用戶內(nèi)存中，這個(gè)時(shí)候進(jìn)程是被block了，在這段時(shí)間內(nèi)，進(jìn)程是被block的。而asynchronousIO則不一樣，當(dāng)進(jìn)程發(fā)起IO操作之后，就直接返回再也不理睬了，直到kernel發(fā)送一個(gè)信號(hào)，告訴進(jìn)程說(shuō)IO完成。在這整個(gè)過(guò)程中，進(jìn)程完全沒(méi)有被block。各個(gè)IO

Model的比較如圖所示：

通過(guò)上面的圖片，可以發(fā)現(xiàn)non-blocking IO和asynchronous IO的區(qū)別還是很明顯的。在non-blocking IO中，雖然進(jìn)程大部分時(shí)間都不會(huì)被block，但是它仍然要求進(jìn)程去主動(dòng)的check，并且當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成以后，也需要進(jìn)程主動(dòng)的再次調(diào)用recvfrom來(lái)將數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存。而asynchronous IO則完全不同。它就像是用戶進(jìn)程將整個(gè)IO操作交給了他人（kernel）完成，然后他人做完后發(fā)信號(hào)通知。在此期間，用戶進(jìn)程不需要去檢查IO操作的狀態(tài)，也不需要主動(dòng)的去拷貝數(shù)據(jù)。