知识点整理-网络IO知识总结

• UNIX 系统下的 I/O 模型有 5 种

同步阻塞 I/O、同步非阻塞 I/O、I/O 多路复用、信号驱动 I/O 和异步 I/O

• 什么是I/O

所谓的I/O 就是计算机内存与外部设备之间拷贝数据的过程。我们知道 CPU 访问内存的速度远远高于外部设备，因此 CPU 是先把外部设备的数据读到内存里，然后再进行处理

•  I/O 模型要解决的问题

请考虑一下这个场景，当你的程序通过 CPU 向外部设备发出一个读指令时，数据从外部设备拷贝到内存往往需要一段时间，这个时候 CPU 没事干了，你的程序是主动把 CPU 让给别人？还是让 CPU 不停地查：数据到了吗，数据到了吗……

• Java I/O 模型

• 网络 I/O 通信过程

对于一个网络 I/O 通信过程，比如网络数据读取，会涉及两个对象，一个是调用这个 I/O 操作的用户线程，另外一个就是操作系统内核。一个进程的地址空间分为用户空间和内核空间，用户线程不能直接访问内核空间。

当用户线程发起 I/O 操作后，网络数据读取操作会经历两个步骤：

• 用户线程等待内核将数据从网卡拷贝到内核空间。
• 内核将数据从内核空间拷贝到用户空间。

各种 I/O 模型的区别就是：它们实现这两个步骤的方式是不一样的。

• 同步阻塞 I/O

用户线程发起 read 调用后就阻塞了，让出 CPU。内核等待网卡数据到来，把数据从网卡拷贝到内核空间，接着把数据拷贝到用户空间，再把用户线程叫醒。

• 同步非阻塞 I/O

用户线程不断的发起 read 调用，数据没到内核空间时，每次都返回失败，直到数据到了内核空间，这一次 read 调用后，在等待数据从内核空间拷贝到用户空间这段时间里，线程还是阻塞的，等数据到了用户空间再把线程叫醒。

• I/O 多路复用

用户线程的读取操作分成两步了，线程先发起 select 调用（select分为通知(轮询情况)或唤醒(阻塞情况)用户进程的情况，有参数设置），目的是问内核数据准备好了吗？等内核把数据准备好了，用户线程再发起 read 调用。在等待数据从内核空间拷贝到用户空间这段时间里，线程还是阻塞的。那为什么叫 I/O 多路复用呢？因为一次 select 调用可以向内核查多个数据通道（Channel）的状态，所以叫多路复用。

• 异步 I/O

用户线程发起 read 调用的同时注册一个回调函数，read 立即返回，等内核将数据准备好后，再调用指定的回调函数完成处理。在这个过程中，用户线程一直没有阻塞。

• 总结

一个过程：用户线程发起 read 调用，cpu拷贝外部设备到内核空间，在从内核空间拷贝数据到用户空间

阻塞：用户线程发起 read 调用就阻塞

非阻塞：用户线程不断的发起 read 调用（轮询状态），数据没到内核空间时，每次都返回失败，直到数据到了内核空间

同步：内核等待网卡数据到来，把数据从网卡拷贝到内核空间，接着把数据拷贝到用户空间，线程是阻塞的

异步：用户线程发起 read 调用的同时注册一个回调函数，read 立即返回，等内核将数据准备好后，再调用指定的回调函数完成处理。在这个过程中，用户线程一直没有阻塞。