五种IO模型与高级IO

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文章目录

前言
一、IO基础概念
二、五种IO模型
三、高级IO概念
- 同步通信和异步通信
- 阻塞和非阻塞

前言

IO 技术的发展始终围绕 “提升性能、降低开销” 的目标：基本 IO 模型解决数据交互的基础问题，而高级 IO 技术（如多路复用、零拷贝、异步 IO）则通过系统层面的优化，突破传统 IO 的性能瓶颈。

一、IO基础概念

I/O（input/output）也就是输入和输出，在著名的冯诺依曼体系结构当中，将数据从输入设备拷贝到内存就叫做输入，将数据从内存拷贝到输出设备就叫做输出。
在这里插入图片描述

对文件进行的读写操作本质就是一种IO，文件IO对应的外设就是磁盘。
对网络进行的读写操作本质也是一种IO，网络IO对应的外设就是网卡。

IO=等+拷贝，所以定义上的IO比较慢，其实都体现在了等这一步上面。
IO效率高：单位时间内，传输的数据越多，效率就越高

二、五种IO模型

IO的过程其实和钓鱼是非常类似的。

钓鱼的过程同样分为“等”和“拷贝”两个步骤，只不过这里的“等”指的是等鱼上钩，“拷贝”指的是当鱼上钩后将鱼从河里“拷贝”到我们的鱼桶当中。
IO时“等”消耗的时间往往比“拷贝”消耗的时间多，钓鱼也恰好符合这个特点，钓鱼时我们大部分时间都在等鱼上钩，而当鱼上钩后只需要一瞬间就能将鱼“拷贝”上来。

在谈论高效的IO之前，我们先来看看什么样的钓鱼方式才是高效的。

下面给出五个人的钓鱼方式：

张三：拿了1个鱼竿，将鱼钩抛入水中后就死死的盯着浮漂，什么也不做，当有鱼上钩后就挥动鱼竿将鱼钓上来。----阻塞IO
李四：拿了1个鱼竿，将鱼钩抛入水中后就去做其他事情，然后定期观察浮漂，如果有鱼上钩则挥动鱼竿将鱼钓上来，否则继续去做其他事情。----非阻塞IO
王五：拿了1个鱼竿，将鱼钩抛入水中后在鱼竿顶部绑一个铃铛，然后就去做其他事情，如果铃铛响了就挥动鱼竿将鱼钓上来，否则就根本不管鱼竿。----信号驱动IO
赵六：拿了100个鱼竿，将100个鱼竿抛入水中后就定期观察这100个鱼竿的浮漂，如果某个鱼竿有鱼上钩则挥动对应的鱼竿将鱼钓上来。—多路转接，多路复用
田七：田七是一个有钱的老板，他给了自己的司机一个桶、一个电话、一个鱼竿，让司机去钓鱼，当鱼桶装满的时候再打电话告诉田七拿鱼，而田七自己则开车去做其他事情去了。----异步IO

张三、李四、王五的钓鱼效率是否一样？为什么？
张三、李四、王五的钓鱼效率本质上是一样的。
首先他们的钓鱼方式都是一样的，都是先等鱼上钩，然后再将鱼钓上来。
其次，因为他们每个人都是拿的一根鱼竿，当河里有鱼来咬鱼钩时，这条鱼咬哪一个鱼钩的概率都是相等的。
因此张三、李四、王五他们三个人的钓鱼的效率是一样的，他们只是等鱼上钩的方式不同而已，张三是死等，李四是定期检测浮漂，而王五是通过铃铛来判断是否有鱼上钩。
需要注意的是，这里问的是他们的钓鱼效率（IO事件效率）是否是一样的，而不是问他们整体谁做的事最多，如果说整体做事情的量的话，那一定是王五做得最多，李四次之，张三最少。