牛客- 阻塞和非阻塞、同步和 异步 Linux IO模型

1. 阻塞/非阻塞、同步/异步(网络IO)

典型的一次IO的两个阶段是什么？数据就绪 和 数据读写

数据就绪

• 阻塞
  数据到达之前，线程就会挂起，CPU不会分配资源。调用IO方法的线程进入阻塞状态
• 非阻塞
  不会改变线程的状态，通过返回值来判断线程的状态
  

阻塞和非阻塞关注的是 程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

还是上面的例子，
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。
在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

数据读写

• 同步
  同步I/O操作是指应用程序发送或接收数据时，必须等待直到操作完成才能继续执行后续代码。也就是说，当一个网络I/O操作发生时，应用程序会阻塞，直到操作完成并返回结果后才能继续执行。同步I/O操作通常是阻塞的，意味着当一个操作正在进行时，其他操作必须等待。
• 异步
  异步I/O操作是指应用程序发送或接收数据时，无需等待操作完成就可以继续执行后续代码。也就是说，当一个网络I/O操作发生时，应用程序不会阻塞，而是会立即返回并继续执行后续代码。异步I/O操作通常是非阻塞的，意味着当一个操作正在进行时，其他操作可以继续进行。

同步和异步关注的是 消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。
换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。

而异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

举个通俗的例子：
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。
而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

在处理 IO 的时候，阻塞和非阻塞都是同步 IO，只有使用了特殊的 API 才是异步 IO。

linux 异步io

int aio_read();

一个典型的网络IO接口调用，分为两个阶段，分别是“数据就绪” 和 “数据读写”，数据就绪阶段分为
阻塞和非阻塞，表现得结果就是，阻塞当前线程或是直接返回。

同步表示A向B请求调用一个网络IO接口时（或者调用某个业务逻辑API接口时），数据的读写都是
由请求方A自己来完成的（不管是阻塞还是非阻塞）；
异步表示A向B请求调用一个网络IO接口时
（或者调用某个业务逻辑API接口时），向B传入请求的事件以及事件发生时通知的方式，A就可以
处理其它逻辑了，当B监听到事件处理完成后，会用事先约定好的通知方式，通知A处理结果。

Unix/Linux IO模型

阻塞模型

调用者调用了某个函数，等待这个函数返回，期间什么也不做，不停的去检查这个函数有没有返回，必
须等这个函数返回才能进行下一步动作。

非阻塞 non-blocking（NIO）

非阻塞等待，每隔一段时间就去检测IO事件是否就绪。没有就绪就可以做其他事。非阻塞I/O执行系统调
用总是立即返回，不管事件是否已经发生，若事件没有发生，则返回-1，此时可以根据 errno 区分这两
种情况，对于accept，recv 和 send，事件未发生时，errno 通常被设置成 EAGAIN。

IO复用 （IO multiplexing）

Linux 用 select/poll/epoll 函数实现 IO 复用模型，这些函数也会使进程阻塞，但是和阻塞IO所不同的是
这些函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测。直到有数
据可读或可写时，才真正调用IO操作函数。

信号驱动（signal-driven）

Linux 用套接口进行信号驱动 IO，安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞，当IO事件就绪，进
程收到SIGIO 信号，然后处理 IO 事件。

内核在第一个阶段是异步，在第二个阶段是同步；与非阻塞IO的区别在于它提供了消息通知机制，不需
要用户进程不断的轮询检查，减少了系统API的调用次数，提高了效率。

异步

Linux中，可以调用 aio_read 函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方
式，然后立即返回，当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。