常见的IO模型

桃扇骨 2022-05-20 06:42 141阅读 0赞

**一、服务器端编程经常需要构造高性能的IO模型，常见的IO模型有四种：**

1.同步阻塞IO（Blocking IO）：即传统的IO模型。

2.同步非阻塞IO（Non-blocking IO）：默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。注意这里所说的NIO并非Java的NIO（New IO）库。

3.IO多路复用（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Java中的Selector和Linux中的epoll都是这种模型。

4.异步IO（Asynchronous IO）：即经典的Proactor设计模式，也称为异步非阻塞IO。

总结来说就是同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞四种。

**二、同步与异步**

1.同步:同步是指用户线程发起IO请求后需要等待或者轮询内核IO操作完成后才能继续执行；

2.异步：异步是指用户线程发起IO请求后仍继续执行，当内核IO操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。

**三、阻塞与非阻塞**

1.阻塞：阻塞是指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间；

2.非阻塞：非阻塞是指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到IO操作彻底完成。

**四、同步阻塞IO模型**

[![常见的IO模型][IO]][IO_IO]整个IO请求的过程中，用户线程是被阻塞的，这导致用户在发起IO请求时，不能做任何事情，对CPU的资源利用率不够。

**五、同步非阻塞IO**

[![常见的IO模型][IO]][IO_IO 1]

整个IO请求的过程中，虽然用户线程每次发起IO请求后可以立即返回，但是为了等到数据，仍需要不断地轮询、重复请求，消耗了大量的CPU的资源。一般很少直接使用这种模型，而是在其他IO模型中使用非阻塞IO这一特性。

**六、IO多路复用模型**

[![常见的IO模型][IO]][IO_IO 2]IO多路复用模型是建立在内核提供的多路分离函数select基础之上的，使用select函数可以避免同步非阻塞IO模型中轮询等待的问题。IO多路复用是最常使用的IO模型，但是其异步程度还不够“彻底”，因为它使用了会阻塞线程的select系统调用。因此IO多路复用只能称为异步阻塞IO，而非真正的异步IO。

**七、异步IO模型**

[![常见的IO模型][IO]][IO_IO 3]“真正”的异步IO需要操作系统更强的支持。在IO多路复用模型中，事件循环将文件句柄的状态事件通知给用户线程，由用户线程自行读取数据、处理数据。而在异步IO模型中，当用户线程收到通知时，数据已经被内核读取完毕，并放在了用户线程指定的缓冲区内，内核在IO完成后通知用户线程直接使用即可。异步IO模型使用了Proactor设计模式实现了这一机制。

相比于IO多路复用模型，异步IO并不十分常用，不少高性能并发服务程序使用IO多路复用模型+多线程任务处理的架构基本可以满足需求。况且目前操作系统对异步IO的支持并非特别完善，更多的是采用IO多路复用模型模拟异步IO的方式（IO事件触发时不直接通知用户线程，而是将数据读写完毕后放到用户指定的缓冲区中）。

PS：先基本了解了四种IO模型的概念，接下来将会对每种IO模型进行实战理解。

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[IO_IO]: /images/20220520/7cf63027ab8e4136b4a0c2ab8168851b.png
[IO_IO 1]: /images/20220520/50bd75575c0142f0adca490c2f29f201.png
[IO_IO 2]: /images/20220520/0ef16feff843487eb86c518727c12493.png
[IO_IO 3]: /images/20220520/ac14157afc5443bfbec1c45015931a0c.png