关于：socket阻塞、非阻塞，同步、异步、I/O模型

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-08-13 19:45 188阅读 0赞

今天偶然被学弟问这个问题，自己说的模模糊糊的，还是再次总结一下！

一般提起I/O模型的时候，这几个概念总是有点让人模糊，其实如果理解了，还是比较好区分的。

Ps：参考《UNIX网络编程：卷一》

**1、“同步”和“异步”**

如果单单理解这两个概念还是很好区分的：

同步：处理事情的的时候需要**串行执行**，也就是说做完一件再去做另一件，不管是否需要时间等待。也就是说，无条件等待这件事被完成。

异步：处理事情的的时候**可以并发**，即可以同时做几件事，不需要一件事做完再做另一件事。也就是说，当一件事完成的时候，通知我完成了就OK了

。(这里需要注意理解的是，用于真正处理事件的是其他的处理部件(函数))

**2、“阻塞”和“非阻塞”**

阻塞：简单理解就是说我想要做这件事，但是现在还不能去做，那么我必须**挂起等待**。举个不太恰当的例子：去饭店吃饭，   没有座位了，我就只能一

直等着，等到有座位。

非阻塞：简单理解就是说我想要做这件事，但是现在还不能去做，那么我**立即返回**。但是需要注意，非阻塞情况下需要不断的      去**轮循**查看是不是可

以做这件事了。用上面的例子，去饭店吃饭，没有座位，那么我先到隔壁的休息室坐着等着，每5min去看一次，是不是有座位了。

**3、综合理解**

“同步”和“异步”指的是整体上我是不是需要去等待。“阻塞”和“非阻塞”指的是当一件事不能被立即处理的时候，是不是需要等待。也可以这么理解，

“同步”和“异步”的在是不是需要等待方面的处理优先级比“阻塞”和“非阻塞”高。或许这句话说得不是很准确，

但是确实可以这样理解：**只有在同步的情况下才会有****“阻塞”和“非阻塞”之说，异步情况，必须是不阻塞的！**

> 同步：阻塞 / 非阻塞

> 异步：

关于阻塞/非阻塞，在网络编程中大部分都是应用在是不是需要等待数据就绪，一般当我们需要读数据的时候，这个时候数据还没有准备好，那么如果

是阻塞套接字，那么需要一直阻塞等到数据准备就绪；如果是非阻塞套接字，那么立刻返回，一定周期时间后再次轮询看看是不是准备好了！

一般情况使用阻塞情况就OK，但是并发性就难以保证，不过我们还是可以使用多线程技术来处理，每一个套接字使用一个线程处理，那么谁睡阻塞和

我没大关系，但是线程多了之后再性能上难以保证。

关于“非阻塞”应用点：我们时刻需要知道的是非阻塞在数据还没有就绪的时候，就立即返回，那么在这一点上做一些文章就得到了select这样的I/O复用

的套接字。经过改良之后，select本质还是轮询套接字，只不过，这一次轮询的不是一个套接字，如果只轮询一个套接字，那么着实有点浪费啊~select

可以轮询多个套接字，看看那些套接字准备好了数据，然后处理就OK，这样的话，select将非阻塞IO的效率就提高很多了。

**4、常用5中I/O模型(UNIX网络编程)**

1) 阻塞I/O  
2) 非阻塞I/O  
3) I/O复用(select 、poll、epoll)  
4) 信号驱动I/O （signal driven I/O (SIGIO)）

5) 异步I/O （asynchronous I/O (the POSIX aio\_functions)）

pre：在前面已经说过，只有在同步下，才有阻塞/非阻塞之说，异步就是异步，没有任何等待。。。

那么上面的5中IO，只有最后一个才是真正的异步IO。

**1、阻塞I/O**

按照上面的说法我们可以说成是“同步阻塞IO”，那么也就是说这个会一直阻塞，阻塞到数据拷贝结束！

看下图(下面所有图示来自：UNIX网络编程：卷一)

![SouthEast][]

最左边的那句话“进程阻塞于recvfrom的调用”说明在整个过程中进程都是阻塞的！右边的“等待数据”这句话说明，当数据没有准备好的时候，由于现在

是“阻塞”模式，那么需要等待数据。同时注意，在copy数据的时候，必须等待。

**2、非阻塞I/O**

按照我们的说法其实是：“同步非阻塞IO”，当数据没有准备的好的时候，需要反复轮询看看是不是准备好，其实这个时候进程本质上也是在等待，只不

过等待是无止境的等待轮询的结果。

![SouthEast 1][]

最左边的那句话“进程反复调用recvfrom等待返回成功指示”说明本质还是在等待，只不过换了个方式玩而已！即：不断轮询，不断等待。。。同时注意

，在copy数据的时候，必须等待。

**3、I/O复用**

I/O复用模型一般有select、poll、epoll函数，其实按照我们上面的说法，叫“同步I/O复用”。这个本质上是“非阻塞”模型，但是是演化之后的升级版模型

。拿select来说，这个函数一次可以轮询很多个套接字，而不仅仅上面那样只轮询一个套接字，select轮询过程中只要有一个套接字上面数据准备好，

那么就可以被处理了。这样的话比上面的优势就体现出来了，上面的非阻塞模式，如果在一个点上阻塞了，那么即使后面存在可以读写的套接字，那也得跟着等待，所有select提高很大效率。

![SouthEast 2][]

同时注意，在copy数据的时候，必须等待。

**4、信号驱动I/O**

这个也是“非阻塞IO”模型一种演化。在套接口进行信号驱动I/O,并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个

SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。

![SouthEast 3][]

注意：当数据没有就绪的时候，进程不会阻塞，继续运行，当数据就绪的时候，通过信号通知进行处理数据！

同时注意，在copy数据的时候，必须等待。

**5、 异步I/O**

没有阻塞，只需要发出一个处理命令，然后自己做自己的事，然后那件事被处理结束之后，通知说事件结束，处理一下收尾工作就OK。

![SouthEast 4][]

注意：在copy数据的时候，不需要等待！！

**总结**：一个IO操作基本包括两个阶段：

（1）等待数据准备就绪  
（2）从内核向进程复制数据

如果是：

同步阻塞：那么会一直阻塞下去。数据没有就绪，那么需要等待，拷贝数据也需要等待。

同步非阻塞：其实也需要一直等待，只不过方式不同。数据没有准备好，那么需要轮询，这里衍生了像I/O复用这样更高效率的IO手段。拷贝数据需要

等待。

异步：只需要处理头尾，中间无需等待。

OK，总结完毕...

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