在IT圈混飯吃，不管你用什么編程語言、從事前端還是后端，阻塞、非阻塞、異步、同步這些概念，都需要清晰地掌握，否則，怎么與面試官談笑風(fēng)生（chui niu pi）？但是，掌握這些概念又不是非常容易，尤其對非科班出身的，更加困難。本文試圖給出一個清晰簡明但不失深刻的介紹，希望對大家有所幫助。
1、從I/O說起
這些概念之所以容易令人迷惑，在于很多人對I/O就沒有清晰準確的理解，后面的理解自然不可能正確。我想用一個具體的例子來說明一下I/O。
設(shè)想自己是一個進程，就叫小進吧。小進需要接收一個輸入，我們不管這個輸入是從網(wǎng)絡(luò)套接字來，還是鍵盤，鼠標來，輸入的來源可以千千萬萬。但是，都必須由內(nèi)核來幫小進完成，為啥內(nèi)核這么霸道？因為計算機上運行的可不只是咱小進一個進程，還有很多進程。這些進程兄弟也可能需要從這些輸入設(shè)備接收輸入，沒有內(nèi)核居中協(xié)調(diào)，豈不是亂套。
從小進的角度看，內(nèi)核幫助它完成輸入，其實包括三個步驟：
- 1、內(nèi)核替小進接收好數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)暫時存在內(nèi)核的內(nèi)存空間
- 2、內(nèi)核將數(shù)據(jù)從自己的內(nèi)存空間復(fù)制到小進的內(nèi)存空間
- 3、告訴小進，輸入數(shù)據(jù)來了，趕快讀吧
這三步看似挺簡單，其實在具體實現(xiàn)時，有很多地方需要考慮：
- 0、小進如何告訴內(nèi)核自己要接收一個輸入？
- 1、內(nèi)核接到小進的請求，替小進接收好數(shù)據(jù)這段時間， 小進咋辦？
- 2、內(nèi)核在將數(shù)據(jù)復(fù)制到小進的內(nèi)存空間這段時間，小進咋辦？
- 3、到底什么時候告訴小進數(shù)據(jù)準備好了，是在內(nèi)核接收好數(shù)據(jù)之后就告訴小進，還是在將數(shù)據(jù)復(fù)制到小進的內(nèi)存空間之后再告訴他？
- 4、內(nèi)核以什么樣的方式告訴小進，數(shù)據(jù)準備好了？
2、阻塞式I/O模型
對上面5個問題，最簡單的解決方案就是阻塞式I/O模型，它的過程是這樣的：
小進：內(nèi)核內(nèi)核，我要接收一個鍵盤輸入，快點幫我完成！
內(nèi)核：好咧！biubiu！內(nèi)核迅速將小進阻塞，可憐的小進頓時石化，就像被孫悟空點了定一樣。
就這樣，小進在石化中，時間一點點流逝。終于，內(nèi)核收到了數(shù)據(jù)。
內(nèi)核：數(shù)據(jù)終于來了，我要開干了！duang duang duang，先把數(shù)據(jù)存在自己的內(nèi)核空間，然后又復(fù)制到小進的用戶空間。
內(nèi)核：biubiu！內(nèi)核解除了小進的阻塞，小進瞬間復(fù)活，小進的記憶還是停留在讓內(nèi)核幫他接收輸入時。
小進：哇！內(nèi)核真靠譜，數(shù)據(jù)已經(jīng)有了！干活去！
我們可以看到，小進發(fā)出接收輸入的請求給內(nèi)核開始，就處于阻塞狀態(tài)，直到內(nèi)核將數(shù)據(jù)復(fù)制到小進的用戶空間，小進才解除阻塞。
以上過程可通過下圖來解釋：
3、非阻塞式I/O
小進發(fā)現(xiàn)，阻塞式I/O中，自己總要被阻塞好久，好不爽啊，于是小進改用了非阻塞式I/O，其過程是這樣的：
小進：內(nèi)核內(nèi)核，我要接收一個輸入，趕緊幫我看看，數(shù)據(jù)到了沒有，先說好，不要阻塞我。
內(nèi)核：查看了一下自己的內(nèi)核空間，沒有發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)，于是迅速告訴小進，沒有呢！并繼續(xù)幫小進等著數(shù)據(jù)。
如此這樣，小進不斷地問內(nèi)核，終于，過了一段時間，小進再一次詢問時，內(nèi)核往自己的空間中一查，呦！數(shù)據(jù)來了，不勝其煩的內(nèi)核迅速告訴小進，數(shù)據(jù)好了！
小進：快給我！
內(nèi)核：biu！內(nèi)核干凈利落地阻塞了小進，悲催的小進還是石化了！
內(nèi)核趕緊將自己空間的輸入數(shù)據(jù)復(fù)制到小進的用戶空間，復(fù)制好后。
內(nèi)核：biu！內(nèi)核解除了小進的阻塞，小進立馬復(fù)活
小進：哇！數(shù)據(jù)來了，啥也不說，干活！
我們看到，所謂的非阻塞I/O，其實在內(nèi)核將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間復(fù)制到小進的用戶空間時，小進還是被阻塞的。
具體過程如下圖所示：
4、異步I/O
上面的兩種I/O解決方案中，小進都被阻塞了，只不過是阻塞時間長短不一樣，第一種方案中小進被阻塞的時間長一些，在內(nèi)核接收數(shù)據(jù)以及將數(shù)據(jù)復(fù)制到小進的用戶空間時，都被阻塞。
第二種方案中，只在內(nèi)核將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間復(fù)制到小進的用戶空間時，小進才被阻塞。
我們現(xiàn)在說的異步I/O，目的就是讓小進絕對不被阻塞。其過程是這樣的：
小進：內(nèi)核內(nèi)核，我要接收一個輸入，弄好了告訴我。同時將一個信號和信號處理函數(shù)告訴內(nèi)核，然后繼續(xù)干自己的活了。
內(nèi)核：得了您嘞，您先忙。
一直到內(nèi)核接收到數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間復(fù)制到小進的用戶空間后，內(nèi)核才給小進發(fā)送信號。小進在信號處理函數(shù)中可以直接處理數(shù)據(jù)。
其過程可用下圖解釋：
5、IO多路復(fù)用
在上面的阻塞IO中，我們的小進都是直接阻塞在IO系統(tǒng)調(diào)用recvfrom上，可以說是與IO系統(tǒng)調(diào)用“零距離”。
這種做法有一定的弊端，就是當小進要同時等待多個輸入，哪個先來就處理哪個時，小進不知道哪個先來，自然也就不知道應(yīng)該被阻塞到哪一個輸入的recvfrom上好。
聰明如你，可能會說，那全部用異步IO唄。但這樣也不方便，就是小進要為每一個輸入都在系統(tǒng)中注冊一個信號和信號處理函數(shù)，這可是要與內(nèi)核打交道的。如果要等的輸入非常多，豈不是非常的麻煩。
為了方便處理這種情況，小進可以使用一個輸入管家，就是select系統(tǒng)調(diào)用，該調(diào)用可以幫助小進管理所有的輸入（通常是套接字），每當一個輸入中有數(shù)據(jù)到來時，就告訴小進。這樣小進實際上是阻塞在select系統(tǒng)調(diào)用上，而不是阻塞在真正的IO系統(tǒng)調(diào)用上，如下圖所示：
6、那啥是同步呢？
一句話，凡是讓小進阻塞（不管長短）的I/O方案都是同步I/O。也就是說，阻塞、非阻塞、信號驅(qū)動式都是同步I/O。
7、無總結(jié)，不進步
上面，我們從完成輸入時，進程與內(nèi)核的交互方式的角度分析了不同的I/O解決方案，在這個過程中，解釋清楚了阻塞、非阻塞、同步、異步的概念。
