一文彻底搞懂I/O多路复用及其技术

前言

​ 高性能是每个程序员的追求，无论写一行代码还是做一个系统，都希望能够达到高性能的效果。高性能架构设计主要集中在两方面：

• 尽量提升单服务器的性能，将单服务器的性能发挥到极致
• 如果单服务器无法支撑性能，设计服务器集群方案

​ 单服务器高性能的关键之一就是服务器采取的网络编程模型。服务器如何管理连接，如何处理请求等。这两个设计点最终都和操作系统的I/O模型及进程模型相关。

• I/O模型：阻塞、非阻塞、同步、异步
• 进程模型：单进程、多进程、多线程。

​ 我们所说的I/O模型是指网络I/O模型,就是服务端如何管理连接，如何请求连接的措施，是用一个进程管理一个连接（PPC），还是一个线程管理一个连接(TPC)，亦或者一个进程管理多个连接(Reactor)。

​ 因此IO多路复用中多路就是多个TCP连接（或多个Channel），复用就是指复用一个或少量线程，理解起来就是多个网路IO复用一个或少量线程来处理这些连接。

常见I/O模型

• 同步阻塞IO（Blocking IO）：即传统IO模型
• 同步非阻塞IO（Non-blocking IO）：默认常见的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置成NONBLOCK
• IO多路复用（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，也被称为异步阻塞IO，Java中的selector和linux中的epoll都是这种模型
• 异步IO（Asychronous IO）：即Proactor设计模式，也被称为异步非阻塞IO

​ 同步和异步的概念描述的是用户线程与内核的交互方式，这里所说的用户进程/线程和内核是以传输层为分割线的，传输层以上是指用户进程，传输层以下（包括传输层）是指内核（处理所有通信细节，发送数据，等待确认，给无序到达的数据排序等，这四层是操作系统内核的一部分）。同步是指用户线程发起IO请求后需要等待或者轮询内核IO操作，完成后才能继续执行。异步是指用户线程发起IO请求后仍继续执行，当内核IO操作完成后回通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。

​ 阻塞和非阻塞的概念描述的是用户线程调用内核IO操作的方式，阻塞时指IO操作需要彻底完成后才能返回用户空间，