1. 前言

服务器端编程经常需要构造高性能的IO模型，常见的IO模型有四种：

1. 同步阻塞IO（Blocking IO）：即传统的IO模型。
2. 同步非阻塞IO（Non-blocking IO）：默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。注意这里所说的NIO并非Java的NIO（New IO）库。
3. IO多路复用（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Linux中的epoll都是这种模型。
4. 异步IO（Asynchronous IO）：即经典的Proactor设计模式，也称为异步非阻塞IO。

同步和异步的概念描述的是用户线程与内核的交互方式：同步是指用户线程发起IO请求后需要等待或者轮询内核IO操作完成后才能继续执行；而异步是指用户线程发起IO请求后仍继续执行，当内核IO操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。

阻塞和非阻塞的概念描述的是用户线程调用内核IO操作的方式：阻塞是指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间；而非阻塞是指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到IO操作彻底完成。

另外，Richard Stevens 在《Unix 网络编程》卷1中提到的基于信号驱动的IO（Signal Driven IO）模型，由于该模型并不常用，本文不作涉及。接下来，我们详细分析四种常见的IO模型的实现原理。为了方便描述，我们统一使用IO的读操作作为示例。

2. IO多路复用

要弄清问题先要知道问题的出现原因 原因:

由于进程的执行过程是线性的(也就是顺序执行),当我们调用低速系统I/O(read,write,accept等等),进程可能阻塞,此时进程就阻塞在这个调用上,不能执行其他操作.阻塞很正常.

接下来考虑这么一个问题:一个服务器进程和一个客户端进程通信,服务器端read(sockfd1,bud,bufsize),此时客户端进程没有发送数据,那么read(阻塞调用)将阻塞，直到客户端调用write(sockfd,but,size)发来数据.在一个客户和服务器通信时这没什么问题；

当多个客户与服务器通信时当多个客户与服务器通信时,若服务器阻塞于其中一个客户sockfd1,当另一个客户的数据到达套接字sockfd2时,服务器不能处理,仍然阻塞在read(sockfd1,...)上;此时问题就出现了,不能及时处理另一个客户的服务,咋么办?

I/O多路复用来解决!

I/O多路复用:

继续上面的问题,有多个客户连接,sockfd1,sockfd2,sockfd3..sockfdn同时监听这n个客户,当其中有一个发来消息时就从select的阻塞中返回,然后就调用read读取收到消息的sockfd,然后又循环回select阻塞;这样就不会因为阻塞在其中一个上而不能处理另一个客户的消息。

Q: 那这样子，在读取socket1的数据时，如果其它socket有数据来，那么也要等到socket1读取完了才能继续读取其它socket的数据吧。那不是也阻塞住了吗？而且读取到的数据也要开启线程处理吧，那这和多线程IO有什么区别呢？

A:

1. CPU本来就是线性的不论什么都需要顺序处理并行只能是多核CPU
2. io多路复用本来就是用来解决对多个I/O监听时,一个I/O阻塞影响其他I/O的问题,跟多线程没关系.
3. 跟多线程相比较,线程切换需要切换到内核进行线程切换,需要消耗时间和资源.而I/O多路复用不需要切换线/进程,效率相对较高,特别是对高并发的应用nginx就是用I/O多路复用,故而性能极佳.但多线程编程逻辑和处理上比I/O多路复用简单.而I/O多路复用处理起来较为复杂。

3. 五种I/O模型介绍

IO 多路复用是5种I/O模型中的第3种，对各种模型讲个故事，描述下区别：

故事情节为：老李去买火车票，三天后买到一张退票。参演人员（老李，黄牛，售票员，快递员），往返车站耗费1小时。

1. 阻塞I/O模型 老李去火车站买票，排队三天买到一张退票。 耗费：在车站吃喝拉撒睡 3天，其他事一件没干。

2. 非阻塞I/O模型 老李去火车站买票，隔12小时去火车站问有没有退票，三天后买到一张票。 耗费：往返车站6次，路上6小时，其他时间做了好多事。

3. I/O复用模型

   1. select/poll 老李去火车站买票，委托黄牛，然后每隔6小时电话黄牛询问，黄牛三天内买到票，然后老李去火车站交钱领票。 耗费：往返车站2次，路上2小时，黄牛手续费100元，打电话17次
   2. epoll 老李去火车站买票，委托黄牛，黄牛买到后即通知老李去领，然后老李去火车站交钱领票。 耗费：往返车站2次，路上2小时，黄牛手续费100元，无需打电话
4. 信号驱动I/O模型 老李去火车站买票，给售票员留下电话，有票后，售票员电话通知老李，然后老李去火车站交钱领票。 耗费：往返车站2次，路上2小时，免黄牛费100元，无需打电话
5. 异步I/O模型 老李去火车站买票，给售票员留下电话，有票后，售票员电话通知老李并快递送票上门。

耗费：往返车站1次，路上1小时，免黄牛费100元，无需打电话 1同2的区别是：自己轮询 2同3的区别是：委托黄牛 3同4的区别是：电话代替黄牛 4同5的区别是：电话通知是自取还是送票上门