"异步非阻塞模型" 我觉得还OK!

Arce

　　常言道：“温故而知新，可以为师矣”。工作中经常会听到有的同学说“这个我知道！但是我忘了具体咋回事了，我得google查一下”。知识应该在自己脑子中形成一个体系的，有时候我们不能太过依赖google。今天就为大家分享一篇基础知识"网络IO同步与异步、阻塞与非阻塞"的精彩总结，带大家一起来温故知新。
　　
　　前言
　　在网络编程中，阻塞、非阻塞、同步、异步经常被提到。同步（synchronous） IO和异步（asynchronous） IO，阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO分别是什么，到底有什么区别？
　　
　　数据流向
　　对于一个network IO (这里我们以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(kernel)。当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：

• 　　等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)
  
• 　　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。
　　详细过程如下图：

　　
　　网络IO模型详细分析
　　常见的IO模型有阻塞、非阻塞、IO多路复用，异步。

　　以一个生动形象的例子来说明这四个概念：周末我和姑娘逛街，中午饿了，我们准备去吃饭。周末人多，吃饭需要排队，我和姑娘有以下几种方案：
　　1
　　阻塞
　　我和姑娘点完餐后，不知道什么时候能做好，只好坐在餐厅里面等，直到做好，然后吃完才离开。姑娘本想还和我一起逛街的，但是不知道饭能什么时候做好，只好和我一起在餐厅等，而不能去逛街，直到吃完饭才能去逛街，中间等待做饭的时间浪费掉了。这就是典型的阻塞。
　　网络中IO阻塞如下图所示：

　　2
　　非阻塞
　　姑娘不甘心白白在这等，又想去逛商场，又担心饭好了。所以我们逛一会，回来询问服务员饭好了没有，来来回回好多次，饭都还没吃都快累死了啦。这就是非阻塞。需要不断的询问，是否准备好了。
　　网络IO非阻塞如下图所示：

　　3
　　多路复用
　　与第二个方案差不多，餐厅安装了电子屏幕用来显示点餐的状态，这样我和姑娘逛街一会，回来就不用去询问服务员了，直接看电子屏幕就可以了。这样每个人的餐是否好了，都直接看电子屏幕就可以了，这就是典型的IO多路复用，如select、poll、epoll。
　　网络IO具体模型如下图所示：

　　4
　　异步
　　姑娘不想逛街，又嫌餐厅太吵了，想好好休息一下。于是我们叫外卖，打个电话点餐，然后我和姑娘可以在家好好休息一下(此处忽略带姑娘回家的细节)，饭好了送货员送到家里来。这就是典型的异步，只需要打个电话说一下，然后可以做自己的事情，饭好了就送来了。
　　linux提供了AIO库函数实现异步，但是用的很少。目前有很多开源的异步IO库，例如libevent、libev、libuv。
　　异步过程如下图所示：

　　
　　同步与异步
　　实际上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操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否完成。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。
　　同步与异步如下图所示：

　　
　　阻塞与非阻塞
　　简单理解为需要做一件事能不能立即得到返回应答，如果不能立即获得返回，需要等待，那就阻塞了，否则就可以理解为非阻塞。
　　详细区别如下图所示：
　　
　　总结
　　通过下面的图片，可以发现非阻塞IO和异步IO的区别还是很明显的：

　　在非阻塞IO中，虽然进程大部分时间都不会被block，但是它仍然要求进程去主动的检查，并且当数据准备完成以后，也需要进程主动的再次调用recvfrom来将数据拷贝到用户内存。
　　而异步IO则完全不同。它就像是用户进程将整个IO操作交给了他人（kernel）完成，然后他人做完后发信号通知。在此期间，用户进程不需要去检查IO操作的状态，也不需要主动的去拷贝数据。