阻塞式IO与非阻塞IO的区别

阻塞式IO与非阻塞IO的区别

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1. 阻塞式IO (Blocking I/O)

• 定义
  当程序发起一个I/O操作（如读取文件、网络数据）时，进程会被挂起（阻塞），直到操作完成或超时才会继续执行后续代码。在此期间，程序无法执行其他任务。

• 工作流程

  python

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  data = socket.recv()  # 调用recv()后，程序卡在这里等待数据
  print("收到数据:", data)  # 数据到达后才会执行

• 特点

  • 优点：编程简单，代码直观。

  • 缺点：资源利用率低（等待期间CPU空闲），不适合高并发场景。

• 典型场景

  • 简单的单线程脚本

  • 对实时性要求不高的低频操作（如命令行工具）

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2. 非阻塞式IO (Non-blocking I/O)

• 定义
  程序发起I/O操作后立即返回，无需等待结果。可以通过轮询或事件通知机制（如select/epoll）检查操作状态，实现并发处理多个I/O。

• 工作流程

  python

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  socket.setblocking(False)  # 设置为非阻塞模式
  try:
      data = socket.recv()  # 立即返回，若有数据则返回数据，否则抛异常
      print("收到数据:", data)
  except BlockingIOError:
      print("暂时无数据，继续处理其他任务")  # 程序继续执行其他逻辑

• 特点

  • 优点：提高CPU利用率，支持高并发（如同时处理数千连接）。

  • 缺点：编程复杂，需配合多路复用或回调机制。

• 典型场景

  • Web服务器（Nginx、Node.js）

  • 实时通信系统（WebSocket、游戏服务器）

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3. 核心区别

维度	阻塞式IO	非阻塞式IO
行为	调用后卡住，直到I/O完成	调用后立即返回，需主动查询状态
CPU利用率	低（等待期间闲置）	高（可并行处理其他任务）
并发能力	弱（依赖多线程/进程）	强（单线程即可处理大量I/O）
实现复杂度	简单	复杂（需搭配多路复用或异步框架）
适用场景	低频、简单任务	高频、高并发场景

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4. 技术实现

阻塞式IO示例（C语言）

c

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int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
char buf[1024];
read(fd, buf, sizeof(buf)); // 阻塞在此，直到数据读取完毕
printf("Data: %s\n", buf);

非阻塞式IO示例（C语言）

c

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int fd = open("file.txt", O_RDONLY | O_NONBLOCK); // 设置非阻塞标志
char buf[1024];
while (1) {
    ssize_t n = read(fd, buf, sizeof(buf));
    if (n > 0) {
        printf("Data: %s\n", buf);
        break;
    } else if (n == -1 && errno == EAGAIN) {
        // 数据未就绪，处理其他任务
        usleep(1000); 
    }
}

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5. 如何选择？

• 选阻塞式IO：

  • 开发简单快速的小工具。

  • 无需高并发（如本地配置文件读取）。

• 选非阻塞IO：

  • 高并发服务器（如Web服务、实时聊天）。

  • 需要最大限度利用CPU资源的场景。

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6. 扩展：同步 vs 异步IO

• 同步IO：程序主动等待I/O结果（阻塞式、非阻塞式均属此类）。

• 异步IO：程序发起I/O后无需等待，操作系统完成后主动通知（如Linux的io_uring、Windows的IOCP）。