一。五种IO Model

  1. blocking IO
  2. nonblocking IO
  3. IO multiplexing
  4. signal driven IO(不常用)
  5. asynchronous IO

对于一个network IO (以read举例),它会涉及到两个系统对象,一个是调用这个IO的process or thread,另一个就是系统内核。

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IO Model的区别就是在两个阶段上各有不同的情况。

  • 阻塞IO:java中老的bio便是这种模式,在接到事件(数据到达、数据拷贝完成等)前程序需阻塞等待。优点是编码简单,

缺点是效率低,处理程序阻塞会导致cpu利用率很低。

  • 非阻塞IO:在未接到事件时处理程序一直主动轮询,这样处理程序无需阻塞,可以在轮询间歇去干别的,但是轮询会造成重

复请求,同样浪费资源。以前java中实现的的伪异步模式就是采用这种思想。

  • IO复用模型:增加了对socket的事件监听器(selector),从而把处理程序和对应的socket事件解耦,所用的socket连接都

注册在监听器,在等待阶段只有监听器会阻塞,处理线程从监听器获取事件对socket连接处理即可,而且一个处理线程可以对应多

个连接(前两种一般都是一个socket连接起一个线程,这就是为什么叫复用),有点是节省资源,由于处理程序能够被多个连接复

用,因此少数的线程就能处理大量连接。缺点同样因为复用,如果是大量费时处理的连接(如大量连接上传大文件),很容易造成

线程占满而导致新连接失败。

  • 信号驱动IO模型:在数据准别阶段无需阻塞,只需向系统注册一个信号,在数据准备好后,系统会响应该信号。该模型依赖

于系统实现,而且信号通信使用比较麻烦,因此java中未有对应实现。

  • 异步IO:与信号驱动IO很类似,而且在数据拷贝阶段(指数据从系统缓冲区拷贝至程序自己的缓冲区,其他模型改阶段程序都

需要阻塞等待)同样可以异步处理。

二。 同步和异步 、阻塞和非阻塞

同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的,同步指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪,而

异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情,而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知。

而阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候,根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式,说白了是一种读取或者写入操作函数

的实现方式,阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待,而非阻塞方式下,读取或者写入函数会立即返回一个状态值。

三。总结

简单来说,Reactor模式里,操作系统只负责通知IO就绪,具体的IO操作(例如读写)仍然是要在业务进程里阻塞的去做的,

而Proactor模式则更进一步,由操作系统将IO操作执行好(例如读取,会将数据直接读到内存buffer中),而handler只负责处

理自己的逻辑,真正做到了IO与程序处理异步执行。所以我们一般又说Reactor是同步IO,Proactor是异步IO。

最后,再举几个不是很恰当的例子来说明这四个IO Model:
有A,B,C,D四个人在钓鱼:
A用的是最老式的鱼竿,所以呢,得一直守着,等到鱼上钩了再拉杆;
B的鱼竿有个功能,能够显示是否有鱼上钩,所以呢,B就和旁边的MM聊天,隔会再看看有没有鱼上钩,有的话就迅速拉杆;
C用的鱼竿和B差不多,但他想了一个好办法,就是同时放好几根鱼竿,然后守在旁边,一旦有显示说鱼上钩了,它就将对应的鱼竿拉起来;
D是个有钱人,干脆雇了一个人帮他钓鱼,一旦那个人把鱼钓上来了,就给D发个短信。

四。链接

IO - 同步,异步,阻塞,非阻塞 (亡羊补牢篇)

阻塞 异步 (tornado)

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