为了更好的理解五种IO模型，我们先来说一下几个概念：同步，异步，阻塞和非阻塞。
同步和异步
这两个概念与消息的通知机制有关。
同步
所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。比如，调用readfrom系统调用时，必须等待IO操作完成才返回。
异步
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。比如：调用aio_read系统调用时，不必等IO操作完成就直接返回，调用结果通过信号来通知调用者。
阻塞与非阻塞
阻塞与非阻塞与等待消息通知时的状态有关。
阻塞
非阻塞
事例
②、同步非阻塞：小明提交下载任务后就去干别的，每过一段时间就去瞄一眼进度条，看到 100% 就完成。
③、异步阻塞：小明换了个有下载完成通知功能的软件，下载完成就“叮”一声。不过小明仍然一直等待“叮”的声音（看起来很傻，不是吗）。
④、异步非阻塞：仍然是那个会“叮”一声的下载软件，小明提交下载任务后就去干别的，听到“叮”的一声就知道完成了。
异步：下载完成“叮”一声通知；
非阻塞：等待下载完成“叮”一声通知过程中，去干别的任务了，只需要接收“叮”声通知。
五种IO模型
阻塞式I/O
非阻塞式I/O
I/O复用（select，poll，epoll等）
信号驱动式I/O（SIGIO）
异步I/O（POSIX的aio_系列函数）
IO执行的两个阶段
阻塞式I/O模型：
非阻塞式I/O：
I/O多路复用（select，poll，epol）：
IO 多路复用的好处就在于单个进程就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是不再由应用程序自己监视连接，取而代之由内核替应用程序监视文件描述符。
以select为例，当用户进程调用了select，那么整个进程会被阻塞，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从内核拷贝到用户进程。如图：
这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom)，而阻塞 IO只调用了一个system call (recvfrom)。所以，如果处理的连接数不是很高的话，使用IO复用的服务器并不一定比使用多线程+非阻塞阻塞 IO的性能更好，可能延迟还更大。IO复用的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是单个进程就可以同时处理多个网络连接的IO。
实际使用时，对于每一个socket，都可以设置为非阻塞。但是，如上图所示，整个用户的进程其实是一直被阻塞的。只不过进程是被select这个函数阻塞，而不是被IO操作给阻塞。所以IO多路复用是阻塞在select，epoll这样的系统调用之上，而没有阻塞在真正的I/O系统调用（如recvfrom）。
优势
与传统的多线程/多进程模型比，I/O多路复用的最大优势是系统开销小，系统不需要创建新的额外进程或者线程，也不需要维护这些进程和线程的运行，降底了系统的维护工作量，节省了系统资源。
主要应用场景：
①、服务器需要同时处理多个处于监听状态或者多个连接状态的套接字；
②、服务器需要同时处理多种网络协议的套接字，如同时处理TCP和UDP请求；
③、服务器需要监听多个端口或处理多种服务；
④、服务器需要同时处理用户输入和网络连接。
信号驱动式I/O
异步I/O模型：
五种IO模型比较
其实前四种I/O模型都是同步I/O操作，他们的区别在于第一阶段，而他们的第二阶段是一样的：在数据从内核复制到应用缓冲区期间（用户空间），进程阻塞于recvfrom调用。相反，异步I/O模型在这等待数据和接收数据的这两个阶段里面都是非阻塞的，可以处理其他的逻辑用户进程将整个IO操作交由内核完成，内核完成后会发送通知。在此期间，用户进程不需要去检查IO操作的状态，也不需要主动的去拷贝数据。
参考：
聊聊同步、异步、阻塞与非阻塞：https://www.jianshu.com/p/aed6067eeac9
《unix网络编程 ：卷一》
发布者：全栈程序员-站长，转载请注明出处：https://javaforall.net/212034.html原文链接：https://javaforall.net
