1、同步（synchronous） IO 和异步（asynchronous） IO，阻塞（blocking） IO 和非阻塞（non-blocking）IO 先看一个较低的层次。如果从 CPU 的角度看，其实大部分的 IO 都是异步的：因为 CPU启动这个 IO 操作后，就去干其它的事情了，一直到产生一个中断，告诉它 IO 完成了。“Most physical I/O is asynchronousthe CPU starts the transfer and goes off to do something else until the interrupt arrives. User progr
2、ams are much easier to write if the I/O operations are blockingafter a read system call the program is automatically suspended until the data are available in the buffer. It is up to the operating system to make operations that are actually interrupt-driven look blocking to the user programs.” （引自 M
3、odern Operating Systems, 2ed）不过，本文并不想探究那么底层的东东。作为程序员，更多的还是从应用层面来考虑。所以，以下重点介绍的是应用程序中能够采用的四种 IO 机制。关于图的解释，首先要清楚理解一个任务线：Application 是一个程序或者执行一个逻辑的函数，其中当它执行到 Read()方法的时候，就会通过 I/O 操作从服务器端的内核（Kernel ，也可能是逻辑方法）获取数据（initiate ） ，当数据从服务器端回到本地后，通过Read response 组装成 Application 所需要的数据，然后执行 application 接下来要做的事情。关
4、于例子的解释，完整的例子是现需要用银行卡在网上下单支付买东西，但是卡上没钱，所以需要去银行存钱首先，从最常用到的，也是最容易理解的同步阻塞 IO 说起。在 这个模型中，应用程序（application）为了执行这个 read 操作，会调用相应的一个system call，将系统控制权交给 kernel，然后就进行等待（这其实就是被阻塞了） 。kernel开始执行这个 system call，执行完毕后会向应用程序返回响应，应用程序得到响应后，就不再阻塞，并进行后面的工作。例如， “在调用 read 系统调用时，应用程序会阻塞并对内核进行上下文切换。然后会触发读操作，当响应返回时（从我们正在从中
5、读取的设备中返回） ，数据就被移动到用户空间的缓冲区中。然后应用程序就会解除阻塞（read 调用返回） 。 ”就好比你去一个银行柜台存钱。首先，你会将存钱的单子填好，然后交给柜员。这里，你就好比是 application，单子就是调用的 system call，柜员就是 kernel。提交好单子后，你就坐在柜台前等，相当于开始进行等待。柜员办好以后会给你一个回执，表示办好了，这就是 response。然后你就可以支付买东西了。注意，这个时候，如果你办完之后马上去查账，存的钱已经打到你的账户上了。后面你会发现， 这点很重要。接下来谈同步非阻塞 IO 。先看这个图，在 linux 下，应用程序可以
6、通过设置文件描述符的属性 O_NONBLOCK，I/O 操作可以立即返回，但是并不保证 I/O 操作成功。也 就是说，当应用程序设置了 O_NONBLOCK 之后，执行 write 操作，调用相应的system call，这个 system call 会从内核中立即返回。但是在这个返回的时间点，数据可能还没有被真正的写入到指定的地方。也就是说，kernel 只是很快的返回了这个 system call（这样，应用程序不会被这个 IO 操作 blocking） ，但是这个 system call 具体要执行的事情（写数据）可能并没有完成。而对于应用程序，虽然这个 IO 操作很快就返回了，但是它并
7、不知道这个 IO 操作是否真的成功了，如果想 知道，需要应用程序主动地去问kernel。同样的，你也需要填写汇款单然后交给柜员，柜员进行他的操作，但是告诉你10M 之后才能处理好（其实本身真实中，你可以干其他事情了，但是这里银行要求处理好，还必须让你签字） ，你也无法离开，就不停的催促询问柜台是否处理完毕，一直等到柜台完成后让你签字，你也才能继续下面的下单付账操作。再来谈谈异步阻塞 IO 。在 linux 中，常常通过 select/poll 来实现这种机制。以图为例，和 之前一样，应用程序要执行 read 操作，因此调用一个 system call，这个 system call被传递给了 k
8、ernel。但在应用程序这边，它调用 system call 之后，并不等待 kernel 返回response，这一点是和前面两种机制不一样的地方。这也是为什么它被称为异步的原因。但是为什么称其为阻塞 呢？这是因为虽然应用程序是一个异步的方式，但是 select()函数会将应用程序阻塞住，一直等到这个 system call 有结果返回了，再通知应用程序。也就是说， “在这种模型中，配置的是非阻塞 I/O，然后使用阻塞 select 系统调用来确定一个 I/O 描述符何时有操作。 ”所以，从 IO 操作的实际效果来看，异步阻塞 IO 和第一种同步阻塞 IO 是一样的，应用程序都是一直等到 I
9、O 操作成功之后（数据已经被写入或者读取） ，才开始进行下面的工作。异步阻塞 IO 的好处在于一个 select 函数可以为多个描述符提供通知，提高了并发性。一个银行柜台，现在有10个人（application，异步了若干这个方法）想存钱。按照现在银行的做法，一个个排队。第一个人先填存款单，然后提交， 然后柜员处理，然后给回执，成功后再轮到下一个人。大家应该都在银行排过对，这样的流程是很痛苦的。如果按照异步阻塞的机制，10个人都填好存款单，然后 都提交给柜台，提交完之后所有的 10个人就在银行大厅等待。这时候会专门有个人(select 同步方法，所以阻塞了)，他会了解存款单处理的情况，一旦有存
10、款单处理完毕，他会将回执交给相应的 正在大厅等待的人，这个拿到回执的人就可以去干其他的事情了。最后，谈谈异步非阻塞 IO （即 AIO） 。这个概念相对前面两个反而更容易理解一些。如 图所示，应用程序提交 read 请求的 system call，然后，kernel 开始处理相应的 IO 操作，而同时，应用程序并不等 kernel 返回响应，就会开始执行其他的处理操作（应用程序没有被 IO 操 作所阻塞） 。当 kernel 执行完毕，返回 read 的响应，就会产生一个信号或执行一个基于线程的回调函数（或者通知等其他方式）来完成这次 I/O 处理过程。你将存款单交给柜台，然后直接在晚上下单买
11、东西。柜台办好以后会给用户发送一条短信，告知交易成功。这样你就直接点击付款了。从前面的介绍中可以看出，所谓的同步和异步，在这里指的是 application 和 kernel 之间的交互方式。如果 application 不需要等待 kernel 的回应而可以继续进行他接下来的方法或操作，那么它就是异步的。如果 application 提交完 IO 请求后，需要等待返回数据，那么它就是同步的。而阻塞和非阻塞，指的是 application 是否等待 IO 返回结果，这个结果可以是最后成功的数据结果，也是可以等待结果，更可能是失败结果。所以，当 IO 进入 kernel 之后，必须等待服务器的就是阻塞了线程。如果直接得到了某种结果就是未阻塞（如果 application 必须等到 IO 操作实际完成以后再执行下面的操作，那么它是阻塞的。反之，如果不等待 IO操作的完成就开始执行其它操作，那么它是非阻塞的，这个是其他前辈的理解，我放入这做个参考吧）
