IO模型总结

POSIX对同步IO和异步IO的定义如下：

•     同步IO操作(synchronous IO operation)   导致请求进程阻塞，直到IO操作完成。
•     异步IO操作(asynchronous IO operation) 不导致请求进程阻塞。

单单理解两句话，我们可以看出同步IO就是阻塞的，异步IO就是非阻塞的。然而

同步阻塞，同步非阻塞，异步阻塞，异步非阻塞究竟要如何理解。

我们看图说话。

当我们在进程内调用一个读数据的操作如 String res = read（）；

阻塞IO ：read方法内部先等待数据，再拷贝数据从内核到用户。该方法一直未返回，主进程一直阻塞。 即同步阻塞IO。

非阻塞IO：read方法不等待数据准备就绪就直接返回，返回的是一个错误码（EWOULDBLOCK）,所以进程可以根据返回结果来决定下一步的走向，为了拿到数据，就只能如下一直循环。但当数据准备好了的话，read就会阻塞在拷贝数据上。   根据定义，只要阻塞进程就属于同步IO。所以该模型是同步非阻塞IO。     

 

String res= "";

while((res = read()) == EWOULDBLOCK){
   //返回错误码就一直循环
   
}

//处理res

IO复用于阻塞IO的唯一区别就是多了个select函数来选择就绪的描述符。所以他也是同步阻塞IO。对单个连接而言，因为IO复用要有两个系统调用，比之阻塞IO还有不如。但当连接成百上千时，IO复用使我们可以等待多个描述符。如下图所示，当有多个io时，select的存在避免了等待数据的CPU空转，因为随着描述符的增多，就绪的的描述符存在的可能性就越大。

 与IO复用密切相关的另一种IO模型是在多线程中使用阻塞IO，这样对整个服务器而言，也达到了有多个连接并处理就绪的连接的目的，但随着线程的数量增多，CPU进程（线程）切换的耗费是我们无法忍受的。

TOMCAT最新版本使用IO复用模型+多线程，即SELECT在一个线程，并为每一个就绪的连接开启一个线程来拷贝数据。可看TOMCAT如何处理连接。

 

信号驱动IO在拷贝阶段也要阻塞，他也是同步非阻塞IO。他与非阻塞IO模型的不同在于，不用调用者去一直（即我们的主线程）去轮询操作结果是否就绪。而是让内核就绪之后以SIGIO信号通知我们。我们得到通知就可以直接拷贝数据了。

 

异步IO与信号驱动IO非常类似，信号驱动IO是由内核通知我们合适可以启动一个IO操作，异步IO是由内核通知我们IO操作何时完成。根据定义，只有异步IO没有使主进程阻塞于IO调用。他是异步非阻塞IO。

总结，五种IO模型中，阻塞IO是阻塞的，其他都存在非阻塞的阶段，所以是非阻塞IO。

除了异步IO在任何阶段都不阻塞，其他模型都存在阻塞的阶段所以是同步IO。

 

 

关于异步阻塞的吐槽：我们上述没有一个符合异步阻塞。从理论上来说异步就不需要阻塞了，但从操作上来说，如果你使用异步IO，但在信号返回之前又不做其他事情，只等待IO完成，也算是逻辑层面的异步阻塞IO。我们所说的阻塞和非阻塞其实是由调用函数的返回时机决定的（直接返回还是等待），而若引入程序逻辑的概念（人为使程序等待等）其实是不应该的，这也是为什么看了那么多博客仍然晕的原因，尤其是那个茶壶烧水的例子，他虽然非常形象生动，但真的不如踏踏实实把所有IO模型过一遍理解的透彻，毕竟写代码的时候可不是用茶壶。