I/O操作 -- 同步与异步，阻塞与非阻塞

背景

I/O作为应用系统常用的功能之一，对其有基本的理解是非常有必要的。尤其是在SOA盛行的今天，高效率的I/O是SOA的基础设施RPC框架的基石。本文将针对I/O领域中常见的两组分类：同步与异步，阻塞与非阻塞进行浅析。

I/O操作的原理

在对I/O进行分类之前，我们先来回顾一下I/O操作的原理，这更有助于我们了解同步与异步、阻塞与非阻塞，以及JAVA BIO、NIO、AIO的底层实现。

在这里，我们以更利于我们理解的网络I/O场景作为分析场景（对于Linux操作系统而言，网络I/O和本地磁盘I/O本质上是一样的），一次网络I/O如下图所示：

我们可以看到，这里主要涉及到用户程序、操作系统Kernel、硬件设备三层，整体操作过程为：

1. 用户程序A发起I/O操作；
2. 操作系统Kernel通过底层硬件设备检查I/O是否就绪（对于写入方，是否与接收方已完成通信链路连接；对于接收方，是否有数据到达）；
3. 如果未就绪，则进行未就绪时的处理方式（下边会说）；如果已就绪，对于接收方，将数据从硬件设备读取到操作系统Kernel，然后再从操作系统Kernel读取到用户程序空间，完成读取操作；对于写入方，将数据从用户程序空间写入操作系统Kernel，然后再将操作系统Kernel中的数据写入硬件设备，以进行向远端的网络传输。

我们关注这里边的第三步。首先考虑未就绪时的处理方式，显而易见，操作系统此时有两种可选的方式：

1. 操作系统挂起用户程序，切换到其他操作，等就绪了再唤醒用户程序：从调用方的角度看，此时用户程序的调用被阻塞了；
2. 操作系统不挂起用户程序，直接返回未就绪状态给用户程序：从调用方的角度看，此时用户程序的调用并没有被阻塞，只是状态为未就绪而已。