概述#

是否和我有一样的困惑。什么阻塞 IO、非阻塞 IO、同步 IO、异步 IO，多路复用 (epoll) 等本质还是同步 IO，这时可能你和我一样懵逼多路复用是同步的 IO，那么使用 epoll 的 nginx、redis、swoole 等服务端程序又是异步的，这不前后矛盾么？网上文章又是五花八门，越看越糊涂。终于我无法忍受这样概念不清晰，乱麻一般的萦绕在我的心头。我决定要彻底拨开云雾见蓝天，啊！终于在一个阳光明媚的午后，就彻底顿悟了，这感觉如同德芙一般丝滑。今天就跟随我的步伐让你有丝滑一般的感觉，兄弟们走起来！！！！

网络 I/O#

IO：IO 是 input/ouput 英文缩写，顾名思义就是输入输出的意思，在计算中以 CPU 为视角，所有和外设 (键盘、显卡、网卡、打印机的等) 的数据操作都是涉及 IO 操作，外设流向 CPU 的是 input，流向外设的就是 ouput。网络 IO 就是网卡和 CPU 之间的数据交互。

思考一个问题：网卡数据流向 CPU 都经过哪些流程

数据流向示意图

用户进程发起一个网络 IO 操作的时候，大致上分为三个部分

1. 用户进程读取数据，读取数据只会有三个可能 (有数据、没有数据、出错)
2. 网卡数据从网卡外设到内核空间 (此过程现代计算机是不需要 CPU 参与，网卡控制器通过 DMA 技术直接搬运到内核空间)。数据完成空网卡控制器会发出中断信号。
3. 数据到内核之后 CPU 负责复制 (在此我们先不考虑零拷贝情况) 到用户空间。

用户进程和内核交互围绕着 1 和 3 进行。到此在 1 和 3 环节就会有很多故事发生了。且听我慢慢道来！！！！

在给出分类之前我先抛出阻塞、非阻塞、异步、同步的定义，定义来自《UNIX 网络编程卷一 》的 6.2 章节
根据 POSIX 定义:

• A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes (导致请求进程阻塞，直到 IO 操作完成)。
• An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked (不导致请求进程阻塞)。

上述定义是说：如果在 1 阶段系统挂起用户进程，那么该 IO 操作就是阻塞 IO，反之不挂起，就是非阻塞 IO。如果在 2 阶段系统挂起用户进程，那么这次 IO 操作就是同步，反之不挂起就是异步。

有了上述的定义，我们如何尚方宝剑一样，在也不担心傻傻分不清网络 IO 相关晦涩难懂的概念了。就如同初中老师教会我们如何判断什么是化学反应变化是物理变化，判断标准就是看有无新的物质生成。我们判断网络分类标准就是如上述的定义。对，就是这么狭义！！！

操作针对上述 1 和 3 处理行为，我们将网络 IO 分类下列 5 类。

• 阻塞 IO 此 IO 操作在 1 和 3 两个阶段，用户进程都在休眠状态
• 非阻塞 I/O 此 IO 操作在 1 阶段未被挂起，3 阶段被挂起
• 多路复用 I/O 此 IO 操作在 1 阶段 (select,poll) 被挂起、epoll 未挂起，3 阶段被挂起
• 信号驱动 I/O 此 IO 操作在 1 阶段未挂起，的数据到从网卡到内核之后，CPU 通过信号机制通知用户进程。用户进程 3 阶段被挂起
• 异步 I/O 此 IO 操作在 1 和 3 阶段都不需要用户进程参与，数据拷贝完成后 CPU 会通知用户进程

此刻来一张很经典的图

IO 对比图

从图中和上述定义就能看到真正的异步 IO 只有最后一个是。其余四个都是同步 IO。对于同步和异步深入理解，其实在 3 这个阶段 CPU 需要拷贝数据到用户空间，等于用户进程切换到内核空间去执行拷贝操作，这个时候用户进程只能被挂起等待 CPU 拷贝数据直到完成。用户进程被挂起这段时间，用户进程的后续代码都是无法执行的只能同步等待。

并发编程模型#

追求性能极致的程序员们，不遗余力地压榨 CPU。基于系统提供的网络 IO 模型，人类设计出形形色色的并发模型。

• 阻塞 IO 这种是完美无法提供并发的能力，只能串行的去处理客户端连接，所以网络 IO 就有了新的发展，进入到了非阻塞 IO
• 非阻塞 IO 这种 IO 模型 就能设计出多线程、多进程并发模型
• 多路复用 这便是并发能力秘密武器，基于这种网络 IO 衍生出了 reactor 反应堆并发模型，大名鼎鼎的 nginx、redis 就是 reactor 模型
• 信号驱动和异步 IO 暂时还未有更多的使用

异步编程模型#

在上述的并发模型中其实单纯靠多进程和多线程，还无法达到人们的预期。所以就有了异步编程模型，异步编程模型的宗旨就是，用户程序调用同步的网络 IO 模拟异步 IO。人们经常说的异步 IO 更多指的是 异步编程模型 (netty 就是典型的异步 IO)

在异步编程过有两个核心的技术技术回调和协程。

总结#

并非同步 IO 就会性能差，异步 IO 就会性能好。要具体情况而定！！！

本作品采用《CC 协议》，转载必须注明作者和本文链接