IO 同步，异步，阻塞，非阻塞

墨蓝 2022-05-16 07:39 468阅读 0赞

> 参考文章：https://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378

***好文推荐：https://blog.csdn.net/lengxiao1993/article/details/78154467***

唉最近真是高产似母猪，刚进新公司工作量暂时不饱和，只能每天学学学学学学查漏补缺啦，学习使我快乐哈哈哈哈哈哈哈哈

标题里的词汇相信都经常看到，但是能说清楚的估计20个人里面能有1个就不错了，网上的资料也是五花八门，大部分描述差不多，很多时候估计作者本身也是似懂非懂，我也看了很多文章，抬头的参考是写的最清楚的，这篇文章的博主也曾有过错误的理解，这一篇是纠正篇，果然写得很清晰。

同样的，整理并加上自己的理解写在这里。

### 什么是IO ###

I/O就是输入和输出，核心是I/O流，流用于读写设备上的数据，包括硬盘文件、网络等

我们写的代码都是运行在用户进程/线程中的，要读写硬盘或网络数据无法直接操作，而要通过内核，写数据时把数据写到内核，内核再写到硬盘或者通过网络发出去，读数据时，数据也是先到内核，代码再从内核中把数据读到用户线程

总结：IO发生时涉及的对象和步骤。  
对于一个网络IO (以read举例)，涉及到两个系统对象，一个是调用这个IO的用户进程（或线程），另一个就是系统内核(kernel)。当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：  
`1. 等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)`  
`2. 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)`  
记住这两点很重要，因为这些各个IO模型的区别就是在两个阶段上各有不同的情况。

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下面分别介绍常见的：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>中文</th> 
   <th>英文</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>阻塞IO</td> 
   <td>Blocking IO</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>非阻塞IO</td> 
   <td>NonBlocking IO</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>IO多路复用</td> 
   <td>IO Multiplexing</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>异步IO</td> 
   <td>Asynchronous IO</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 阻塞 Blocking IO ###

当用户要读取网络数据时，就开始了第一个阶段：内核准备数据。  
对于网络IO来说，很多时候数据在用户调用方法时还没有完全到达（比如，还没有收到一个完整的UDP包），这个时候内核就要等待数据完整到达。用户进程此时会被阻塞。  
当内核中数据完整到达了，进入第二阶段，用户进程/线程就会将数据从内核拷贝到用户内存，然后内核返回结果，用户进程才解除block的状态，继续运行。  
所以，`Blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段都被block了。`

### 非阻塞 Non-Blocking IO ###

当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的read，那么内核马上就将数据拷贝到用户内存，然后返回结果。  
所以，用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据好了没有，也叫`轮询IO`，特点是`第一阶段不阻塞，第二阶段阻塞，并不是完完全全的非阻塞`。

### 多路复用 IO Multiplexing ###

`select`/`epoll`的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select/epoll方法会阻塞用户线程，然后内核会不断的轮询所负责的所有socket，一旦发现进程指定的一个或者多个Socket可以读写数据了，它就通知该进程，然后进程读写数据继续运行。  
也就是说用户的读写请求会被select方法全部hold住，`整个过程还是阻塞的`，只是原来是被内核hold住，现在是被select挡住。  
好处是原来一个进程/线程只能处理一个连接，那么这个连接阻塞的时间就被浪费了，多路复用把这些时间用来服务别的Connection了。

> 2019-10-31补充  
> 以下完全个人理解，不确保正确：多路复用最大的好处是减少了线程数，在阻塞和非阻塞IO下，每个网络连接（拿web应用服务器来说）都需要一个线程去盯着它，不管是阻塞等待，还是非阻塞定期轮训。但是多路复用只需要一个线程盯着就好了，就是每过来一个IO读请求或者IO写请求，直接告诉内核我要做这个事情，内核帮这个线程盯着，再来一个再告诉内核，内核继续盯着，内核会去轮训看哪些IO准备好了，然后告诉这个盯着的线程，线程再继续接下去的工作（可能是安排别的线程继续）

### 异步 Asynchronous IO ###

从用户进程角度，当它发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。  
从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。  
可以看出`内核干了所有事情`。  
原博说linux下的异步IO其实用得很少，我也没想出这种IO要怎么利用起来。

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好了，介绍完毕，看到这里细心的小伙伴应该发现了，介绍了`阻塞`，`非阻塞`，`异步`，那`同步IO`去哪了，其实同步IO就是代表会阻塞的IO，也就是包含了上面介绍的`阻塞`，`非阻塞`，`多路复用`三种，感觉要疯了，代表会阻塞的IO，却包含了非阻塞IO，再回过头去看看`非阻塞IO`的总结部分，它其实不是完完全全的`非`阻塞，而是第一阶段不阻塞，第二阶段阻塞，所以它也属于同步IO，多路复用也是类似。而异步IO一定是非阻塞的，都异步了，本来两个会被阻塞的阶段都被内核做了，而且做好了会通知你，再阻塞有啥意义呢？所以我们不去讨论异步阻塞和非阻塞

完毕，感觉清晰多了，希望不会过段时间发现又有问题(╯‵□′)╯︵┻━┻