linux的i/o模型

同步、异步，阻塞、非阻塞，这四种状态常分不清，主要是这四种状态的定义本身也不是很明确，所以各种解答的方式都有。常见的分类有以下:

• 同步阻塞IO — BIO (java.io）
• 同步非阻塞IO —NIO（java.nio）
• 异步非阻塞IO —AIO (java.nio)

阻塞是指执行I/O操作的线程，在I/O操作过程中能不能处理其他任务；

同步指I/O操作过程中的消息通知机制。

举例说明

同步/异步

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下”，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。
而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

阻塞/非阻塞

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。

在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

2. Unix 5种I/O模型

在《UNIX网络编程：卷一》的第六章书中列出了五种IO模型：

• 阻塞式I/O
• 非阻塞式I/O
• I/O复用（select，poll，epoll…）
• 信号驱动式I/O（SIGIO）
• 异步I/O（POSIX的aio_系列函数）

2.1 阻塞式I/O

同步阻塞 IO 模型是最常用的一个模型，也是最简单的模型。在linux中，默认情况下所有的socket都是blocking。它符合人们最常见的思考逻辑。

在这个IO模型中，用户空间的应用程序执行一个系统调用（recvform），这会导致应用程序阻塞，什么也不干，直到数据准备好，等待kernel准备好从网络上接收到的数据报 + 等待收到的报文被从kernel复制到buf中，recvfrom方法才会返回，最后进程再处理数据。

这就是阻塞式IO模型

2.2 非阻塞式I/O

非阻塞IO时对一个非阻塞描述符循环调用recvfrom，持续的轮询（polling）,以查看某个操作是否就绪。与阻塞IO不一样，”非阻塞将大的整片时间的阻塞分成N多的小的阻塞, 所以进程不断地有机会 ‘被’ CPU光顾”。

非阻塞的recvform系统调用调用之后，进程并没有被阻塞，内核马上返回给进程，如果数据还没准备好，此时会返回一个error。进程在返回之后，可以干点别的事情，然后再发起recvform系统调用。如此循环的进行recvform系统调用，检查内核数据，直到数据准备好，再拷贝数据到进程。拷贝数据整个过程，进程仍然是属于阻塞的状态。

这就是非阻塞式IO模型

2.3 I/O复用

IO multiplexing就是我们说的select，poll，epoll 。为何叫多路复用，是因为它I/O多路复用可以同时监听多个fd，如此就减少了为每个需要监听的fd开启线程的开销。

select调用是内核级别的，可以等待多个socket，能实现同时对多个IO端口进行监听，当其中任何一个socket的数据准好了，就能返回进行可读，然后进程再进行recvform系统调用，将数据由内核拷贝到用户进程，这个过程是阻塞的。

I/O复用模型会用到select、poll、epoll函数，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，这几个函数可以同时阻塞多个I/O操作`。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时（不是等到socket数据全部到达再处理, 而是有了一部分数据就会调用用户进程来处理），才真正调用I/O操作函数。

IO复用有人把其成为同步非阻塞的，也有称为同步阻塞。其实这个是否阻塞还需要看第一个阶段，第一个阶段有的阻塞，有的不阻塞。主要也是阻塞在select阶段，属于用户主动等待阶段，我们且规范为阻塞状态，所以，把IO多路复用归为同步阻塞模式。

这是IO复用的模型:

select、poll、epoll的不同

2.4 信号驱动式I/O

信号驱动式I/O：首先我们允许Socket进行信号驱动IO,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。

也就是说第一个阶段，完全是非阻塞的，等数据到达会给一个信号通知，第二个阶段recvfrom还是阻塞过程，和之上无差异。

信号驱动式I/O 过程如下:

2.5 异步I/O

异步IO不是顺序执行,用户进程进行aio_read系统调用之后，无论内核数据是否准备好，都会直接返回给用户进程，然后用户态进程可以去做别的事情。等到socket数据准备好了，内核直接复制数据给进程，然后从内核向进程发送通知。IO两个阶段，进程都是非阻塞的。

2.6 总结

针对这5中IO模型，我采用一张图来总结一下。

3. java IO

Unix中的五种I/O模型，除信号驱动I/O外，Java对其它四种I/O模型都有所支持。其中Java最早提供的blocking I/O即是同步阻塞I/O，而NIO即是同步非阻塞I/O，同时通过NIO实现的Reactor模式即是I/O复用模型的实现，通过AIO实现的Proactor模式即是异步I/O模型的实现。

所以说严格意义上来说，通过Reactor模式实现的NIO，和unix中的I/O多路复用是相同的概念，但这是一种编程模型，而不是原生支持。这也是我们下面所要进行的netty讲解的主要思想。