网络编程的5个IO模型

IO模型分类

根据Unix网络编程，主要的IO模型分为阻塞IO、非阻塞IO、信号驱动IO、IO复用、异步IO；其中前四种都是同步，只有最后一种才是真正意义上的异步IO。在理解这几种模型前，我们先要搞懂阻塞、非阻塞、同步、异步的概念。

阻塞、非阻塞、同步、异步IO

许多人对同步、阻塞概念混为一谈，包括作者之前也认为同步的就是阻塞的，阻塞的就是同步，但其实阻塞与同步是两个层面上的概念，这里详细说明。

阻塞IO和非阻塞IO：这两个概念是内核收到用户线程的IO请求时，是否立刻返回给用户线程IO结果的问题。前者内核会一直等待数据的到来，进而导致用户线程也会一直等待，直到内核返回数据；后者内核会立即返回给用户线程结果。在模型图中，对应“等待数据”这一阶段。

同步IO和异步IO：这两个概念是用户线程发出IO请求后，数据的拷贝是否需要由用户线程来完成。 前者当用户线程请求进行IO操作时，必须由用户线程将数据从内核中拷贝出来。后者当用户线程发出IO操作时，会继续执行IO操作后面的程序，内核在数据都到达后将其拷贝到用户线程中。本质：同步IO是由用户线程将数据从内核拷贝到线程中，异步IO是由内核将数据从内核拷贝到线程中，并通知线程数据已准备好。在模型图中，对应“数据拷贝”这一阶段。

网络模型图解

1.阻塞IO：当用户线程发出请求IO操作时，会在调用接口时一直等待，直到有数据返回，从图中可以看出用户线程会一直阻塞，直到内核接收到数据，并将数据拷贝到用户线程。由于阻塞IO由用户线程拷贝数据，所以是阻塞同步IO的。（有同学提出，将用户线程分为业务线程和IO处理线程，IO处理线程有结果时回调业务线程，即为非阻塞异步IO，这与IO复用模型类似，但只是伪异步，底层IO操作并不是真正意义上的异步）



2.非阻塞IO：非阻塞IO在发出请求后，可以立即得到返回结果，并通过线程反复调用IO函数来获取数据。同时非阻塞IO由用户线程拷贝数据，所以也是同步的。



3.信号驱动IO：两次调用，两次返回。可以看到用户线程在发出IO操作时内核立即返回，即非阻塞型IO，且数据的拷贝需要由用户线程本身完成，所以是同步IO，该种模型在实际中应用并不多。



4.IO复用：将多个Socket注册到一个select中，由该select来管理并执行socket的读写操作，比阻塞型IO没有什么优越性，关键是能实现单独的线程对多个Socket操作；当select管理的Socket都没有数据时，相关的所有用户线程就会阻塞在select操作上，且数据的拷贝由用户线程完成，所以为阻塞同步型IO，在实际应用中较为广泛，比较著名的是Reactor模式。（Java Nio Netty Thrift都实现了该种模型，经常有人称之为异步阻塞型服务，但我们应当明白，这里的异步不是严格意义上的IO异步，只是将应用程序中的IO操作从业务线程中分离出来，使IO操作独运行在select调用中）



5.异步IO：IO请求会立即返回，且内核在数据到达后会主动拷贝到用户线程中，是真正意义上的异步非阻塞模型，但由于需要系统级别的接口支持，编程实现较复杂，所以在实际应用中较少。



参考资料：

http://www.cnblogs.com/fanzhidongyzby/p/4098546.html

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3916526.html

http://www.cnblogs.com/duanxz/p/3696849.html

http://blog.csdn.net/yinwenjie/article/details/48274255