网络IO之阻塞、非阻塞、同步、异步总结

1、前言

  在网络编程中,阻塞、非阻塞、同步、异步经常被提到。unix网络编程第一卷第六章专门讨论五种不同的IO模型,Stevens讲的非常详细,我记得去年看第一遍时候,似懂非懂,没有深入理解。网上有详细的分析:http://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378。我结合网上博客和书总结一下,加以区别,加深理解。

2、数据流向

  网络IO操作实际过程涉及到内核和调用这个IO操作的进程。以read为例,read的具体操作分为以下两个部分:

  (1)内核等待数据可读

  (2)将内核读到的数据拷贝到进程

详细过程如下图所示:

3、网络IO模型详细分析

  常见的IO模型有阻塞、非阻塞、IO多路复用,异步。以一个生动形象的例子来说明这四个概念。周末我和女友去逛街,中午饿了,我们准备去吃饭。周末人多,吃饭需要排队,我和女友有以下几种方案:

  (1)我和女友点完餐后,不知道什么时候能做好,只好坐在餐厅里面等,直到做好,然后吃完才离开。

女友本想还和我一起逛街的,但是不知道饭能什么时候做好,只好和我一起在餐厅等,而不能去逛街,直到吃完饭才能去逛街,中间等待做饭的时间浪费掉了。这就是典型的阻塞。网络中IO阻塞如下图所示:

  (2)我女友不甘心白白在这等,又想去逛商场,又担心饭好了。所以我们逛一会,回来询问服务员饭好了没有,来来回回好多次,饭都还没吃都快累死了啦。这就是非阻塞。需要不断的询问,是否准备好了。网络IO非阻塞如下图所示:

  (3)与第二个方案差不多,餐厅安装了电子屏幕用来显示点餐的状态,这样我和女友逛街一会,回来就不用去询问服务员了,直接看电子屏幕就可以了。这样每个人的餐是否好了,都直接看电子屏幕就可以了,这就是典型的IO多路复用,如select、poll、epoll。网络IO具体模型如下图所示:

  (4)女友不想逛街,又餐厅太吵了,回家好好休息一下。于是我们叫外卖,打个电话点餐,然后我和女友可以在家好好休息一下,饭好了送货员送到家里来。这就是典型的异步,只需要打个电话说一下,然后可以做自己的事情,饭好了就送来了。linux提供了AIO库函数实现异步,但是用的很少。目前有很多开源的异步IO库,例如libevent、libev、libuv。异步过程如下图所示:

4、同步与异步

  实际上同步与异步是针对应用程序与内核的交互而言的。同步过程中进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否完成。异步过程中进程触发IO操作以后,直接返回,做自己的事情,IO交给内核来处理,完成后内核通知进程IO完成。同步与异步如下图所示:

5、阻塞与非阻塞

  简单理解为需要做一件事能不能立即得到返回应答,如果不能立即获得返回,需要等待,那就阻塞了,否则就可以理解为非阻塞。详细区别如下图所示:

参考资料:

http://www.open-open.com/doc/view/cbb2c3363c3b49ceb5812220a9c42e42

http://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378

http://www.zhihu.com/question/19732473

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/

冷静思考,勇敢面对,把握未来!

原文发布于微信公众号 - Golang语言社区(Golangweb)

原文发表时间:2016-11-23

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