一、阻塞/非阻塞-同步非同步

同步/異步

同步請求：A調用B，B的處理是同步的，在處理完之前他不會通知A，只有處理完之后才會明確的通知A;

異步請求：A調用B，B的處理是異步的，B在接到請求后先告訴A我已經接到請求了，然后異步去處理，處理完之后通過回調等方式再通知A。

同步/異步區別

同步和異步最大的區別就是被調用方的執行方式和返回時機;

同步指的是被調用方做完事情之后再返回;

異步指的是被調用方先返回，然后再做事情，做完之后再想辦法通知調用方。

阻塞/非阻塞

阻塞請求：A調用B，A一直等著B的返回，別的事情什么也不干;

非阻塞請求：A調用B，A不用一直等著B的返回，先去忙別的事情了。

阻塞/非阻塞區別

阻塞和非阻最大的區別就是在被調用方返回結果之前的這段時間內，調用方是否一直等待。

阻塞指的是調用方一直等待，別的事情什么都不做;

非阻塞指的是調用方先去忙別的事情。

阻塞/非阻塞和同步/異步的區別

阻塞、非阻塞和同步、異步其實針對的對象是不一樣的

阻塞、非阻塞說的是調用者

同步、異步說的是被調用者

二、Linux(UNIX)操作系統五種IO模型

什么是IO

拿一次磁盤文件讀取為例，我們要讀取的文件是存儲在磁盤上的，我們的目的是把它讀取到內存中。可以把這個步驟簡化成把數據從硬件(硬盤)中讀取到用戶空間中。

一次完整的釣魚(IO)操作，是魚(文件)從魚塘(硬盤)中轉移(拷貝)到魚簍(用戶空間)的過程。

阻塞IO模型

阻塞 I/O 是最簡單的 I/O 模型，一般表現為進程或線程等待某個條件，如果條件不滿足，則一直等下去。條件滿足，則進行下一步操作。

應用程序進行 recvfrom 系統調用時將阻塞在此調用，直到該套接字上有數據并且復制到用戶空間緩沖區。該模式一般配合多線程使用，應用進程每接收一個連接，為此連接創建一個線程來處理該連接上的讀寫以及業務處理。

非阻塞IO模型

應用進程與內核交互，目的未達到之前，不再一味的等著，而是直接返回。然后通過輪詢的方式，不停的去問內核數據準備有沒有準備好。如果某一次輪詢發現數據已經準備好了，那就把數據拷貝到用戶空間中。

應用進程通過 recvfrom 調用不停的去和內核交互，直到內核準備好數據。如果沒有準備好，內核會返回error，應用進程在得到error后，過一段時間再發送recvfrom請求。在兩次發送請求的時間段，進程可以先做別的事情。

IO復用模型

多個進程的IO可以注冊到同一個管道上，這個管道會統一和內核進行交互。當管道中的某一個請求需要的數據準備好之后，進程再把對應的數據拷貝到用戶空間中。

IO多路轉接是多了一個select函數，多個進程的IO可以注冊到同一個select上，當用戶進程調用該select，select會監聽所有注冊好的IO，如果所有被監聽的IO需要的數據都沒有準備好時，select調用進程會阻塞。

信號驅動IO模型

應用進程在讀取文件時通知內核，如果某個 socket 的某個事件發生時，請向我發一個信號。在收到信號后，信號對應的處理函數會進行后續處理。

異步IO模型

應用進程把IO請求傳給內核后，完全由內核去操作文件拷貝。內核完成相關操作后，會發信號告訴應用進程本次IO已經完成。

5種IO模型對比

三、Java中的三種IO模型

java IO模型和操作系統IO模型關系

Java中的IO還是借助操作系統的IO模型的，只不過是對操作系統IO模型的封裝而已啦。

可以把Java中的BIO、NIO和AIO理解為是Java語言對操作系統的各種IO模型的封裝。

java中提供的IO有關的API，在文件處理的時候，其實依賴操作系統層面的IO操作實現的。

比如在Linux 2.6以后，Java中NIO和AIO都是通過epoll來實現的，而在Windows上，AIO是通過IOCP來實現的。

阻塞IO(BIO)

同步阻塞I/O模式，數據的讀取寫入必須阻塞在一個線程內等待其完成。

BIO (Blocking I/O)：有一排水壺在燒開水，BIO的工作模式就是，叫一個線程停留在一個水壺那，直到這個水壺燒開，才去處理下一個水壺。但是實際上線程在等待水壺燒開的時間段什么都沒有做。

BIO和NIO都是同步的IO模型，即同步阻塞IO和同步非阻塞IO

非阻塞IO(NIO)

同時支持阻塞與非阻塞模式，但主要是使用同步非阻塞IO。

NIO (New I/O)：NIO的做法是叫一個線程不斷的輪詢每個水壺的狀態，看看是否有水壺的狀態發生了改變，從而進行下一步的操作。

異步IO(AIO)

異步非阻塞I/O模型。

異步IO指的是異步非阻塞IO。

AIO ( Asynchronous I/O)：為每個水壺上面裝了一個開關，水燒開之后，水壺會自動通知我水燒開了。

四、Reactor 模式

Reactor 模式跟 IO 模型關系

Reactor 模式跟 IO 模型中的 IO 多路復用模型非常相似

IO 多路復用模型可以看成是 Reactor 模式在 IO 模型上的應用

Reactor 模式在進程-線程模型上的應用。

1. 單進程單線程

只有一個進程，監聽套接字和連接套接字上的事件都由 Select 來處理。

過程

(1) 如果有建立連接的請求過來，Acceptor 負責接受并與之建立連接，同時將連接套接字加入 Select 進行監聽。

(2) 如果某個連接上有讀事件則進行 Read->業務處理->Write 等操作。

(3) 如此循環反復。

缺點：會有阻塞，在進行業務處理的時候不能進行其他操作：如建立連接，讀取其他套接字上的數據等。

2. 單進程多線程

與單進程單線程類似，不同的是該模型將業務處理放在線程中，進程就不會阻塞在業務處理上。

優點：比較完美的進程-線程模型，在 Java 實現中復雜度也不高，很多網絡庫都是基于此，比如 Netty 。

3. 多進程單線程

與非 Reactor 模式中的多進程單線程相似，只是本模式在子進程中使用了 IO 多路復用，實用性一下就上來了。大名鼎鼎的 nginx 就采用這種進程-線程模型。

缺點：子進程還是會阻塞在業務處理上。

4. 多進程多線程

5. 主從進程多線程

前面幾種 Reactor 模式的進程-線程模型中，連接的建立和連接的讀寫都是在同一進程中。本模型中將連接的建立和連接讀寫放在不同的進程中。

過程

(1) 主進程在監聽套接字上 Select 阻塞，一旦有請求過來則與之建立連接，并將連接套接字傳遞給從進程。

(2) 從進程在連接套接字上 Select 阻塞，一旦連接上有數據過來則進行 Read，并將業務通過線程來處理。如果有必要還會向連接 Write 數據。

五、常見組件使用的模型

netty-主從-多線程

tomcat-單進程多線程

redis-單進程單線程

ngnix-多進程單線程

總結

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