IO模型是一个与多线程并发密切相关的概念，本文重点介绍IO模型的几个基本概念，阻塞与非阻塞，同步与异步。

阻塞与非阻塞

阻塞和非阻塞关注的是程序（线程或进程）在等待调用结果时的状态，一般可能是等待I/O操作的结果。

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回或继续执行。当前线程被挂起以后，CPU可以处理其他线程。

默认情况下，所有套接字都是阻塞的。进程调用 recvfrom() 后挂起，内核等待外部IO响应，IO完成传送数据到内核buffer，数据再从内核buffer复制到用户空间。

非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程，当前线程会继续往下执行。线程虽然可以处理别的事情，但还需要不断轮询，去看看调用是否已经有结果。

在上图的非阻塞IO模型中，应用进程没有阻塞，也就是没有挂起，进程一直在check数据有没有传送到内核buffer中。这种情况下进程一直占据CPU，造成忙等的结果。

以餐厅点餐做类比，阻塞IO属于店内排队就餐，非阻塞IO可以不用排队，但点完餐之后，是不是得要去看一下，我点的东西可以取了吗。

同步与异步

同步与异步关注的是程序（线程与进程）与内核调用之间的消息同步机制，与阻塞、非阻塞所关注的对象不同，这一点要注意区分。

所谓同步，就是在线程发起一个调用（I/O操作）时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。

所谓异步，就是线程发起调用之后，这个调用就直接返回了，调用者不会立刻得到结果。被调用者会通过状态、通知或回调函数等方式返回结果。

网络IO模型

在阻塞与非阻塞、同步与异步的概念基础上，网络IO模型可以大致分为5类：阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用、信号驱动式IO、异步IO。阻塞IO和非阻塞IO已经在前面介绍过，下面主要看一下另外三种模型。

IO多路复用

和阻塞I/O所不同的是，IO多路复用可以用 select 系统调用同时阻塞多个I/O操作，而且可以同时对多个读操作或写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才调用真正的I/O读写操作（recvfrom），也就是说一个线程可以响应多个请求。

信号驱动IO

又称为事件驱动IO。首先开启套接字的信号驱动式IO功能，并且通过 sigaction 系统调用安装一个信号处理函数，该调用立即返回，进程没有被阻塞，继续工作；当数据准备好的时候，内核为该进程产生 SIGIO 的信号，随后可以在信号处理函数中调用 recvfrom 读取数据，并通知主循环数据已经准备好，或直接通知主循环让它来读取数据。

异步IO

在异步IO模型中，当用户线程收到通知时，数据已经被内核读取完毕，并放在了用户线程指定的缓冲区内，内核在IO完成后通知用户线程直接使用即可。

与多路复用模型的区别在于，当进程得到内核的通知时，异步IO模型中数据已经在用户空间了；而多路复用模型中，数据还在内核控件，需要应用进程去内核空间里面拷贝。

如果拿外卖做类比的话，多路复用模型相当于收到通知后到店自取，异步IO模型就是送餐上门。相对来说，异步IO是更加理想的IO模型。

Java7之后开始支持异步IO。相比于IO多路复用模型，异步IO并不十分常用，因为目前操作系统（尤其Linux）对异步IO的支持还不是特别好。高性能并发服务程序（比如Netty），一般都使用IO多路复用模型+多线程任务处理的架构。

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