关于IO的堵塞、非堵塞、同步、异步的区别以及常用IO模型

旧城等待， 2023-06-16 15:51 52阅读 0赞

在Linux中一切皆文件所以无论是各种socket还是管道等他们都是文件都是流，而对于这些流的操作就是io操作。同时Linux中通过文件描述符（fd）来区分流的不同，对流的操作分为读和写，读就调用read写就调用write。我们认识了IO操作以后接下来介绍下关于IO的堵塞非堵塞以及同步和异步。  
先介绍下堵塞、非堵塞、异步、同步的概念，同步与异步是针对应用程序与内核的交互而言的。同步过程中进程触发IO操作并等待(也就是我们说的阻塞)或者轮询的去查看IO操作(也就是我们说的非阻塞)是否完成。 异步过程中进程触发IO操作以后，直接返回，做自己的事情，IO交给内核来处理，完成后内核通知进程IO完成。所以说同步异步的概念要大一点，他是针对整个应用程序而言的，而堵塞非堵塞是针对某个进程而言的。同步有堵塞和非堵塞之分但是异步一定是非堵塞的。  
  堵塞和非堵塞分析：  
  所谓的堵塞非堵塞是当在用户进程在读取数据时一直等待直到有数据返回这就是堵塞，非堵塞则是采取轮询的方式隔一段时间来访问是否有数据可读。  
  同步、异步分析：  
  IO读分为两部分，(1)是数据通过网关到达内核，内核准备好数据，(2)数据从内核缓存写入用户缓存。IO的写同样是两个部分，(1)数据从用户缓存写入内存缓存，(2)是数据通过内核到达网关。仔细研究会发现写和读是有很大区别的因为在读取数据的时候不知道要读取多少数据，但是在写入数据的时候已经知道了要写入多少数据，所以写的异步和同步十分简单，但是读的异步就在于这两点的区别。  
  无论是使用了LInux的poll、epoll还是select还是在java层面的bio、nio都是在第二个阶段进行将数据从内核邪乎用户缓存的时候由用户自行读取数据所以他们都属于同步，但是对于异步而言呢就是第二个阶段的数据拷贝是由cpu主动完成完成后来通知应用程序然后应用程序做相应的操作。  
  了解了以上的概念以后我们来简单讲下关于Linux中的io模型：  
  1.阻塞I/O模型(BIO)  
  2.非阻塞I/O模型(NIO)（一定要注意区分这里是Linux的一种io模型并不是java中的nio，java中的nio是一种io模型\[io多路复用模型\]的具体实现）  
  3.I/O复用模型  
  4.信号驱动I/O模型（signal driven I/O， SIGIO  
  5.异步I/O模型(AIO, asynchronous I/O)（这是后来的Linux的内核中支持的）  
  以上就是在Linux中的五种IO模型，对于这五种IO模型的详细介绍见下一节。  
  另外简单介绍下java层面的三种IO模型，首先就是BIO然后是NIO最后是AIO，这三种的IO模型就是LInux中IO模型的具体实现，BIO就是Linux中的BIO模型的实现，NIO是Linux中的IO多路复用模型的实现他是采用了epoll函数的调用，而AIO并非采用了Linux中的AIO模型，而是使用了改进实现的模拟Proactor，我们将Reactor原来位于事件处理器内的Read/Write操作移至分发器（不妨将这个思路称为“模拟异步”），以此寻求将Reactor多路同步I/O转化为模拟异步I/O，底层也是同样使用了epoll函数进行调用不过对执行过程做了调整。所以说Proactor模式也是IO多路复用机制的一种模型实现。