多线程同步I/O与单线程异步I/O（笔记）

学习nodejs时，看到它的简介说它是采用异步I/O与事件驱动的架构设计，搜了很多关于同步I/O和异步I/O的资料感觉也没咋看明白，直到看了nodejs开发指南这本书第3.2节才对异步式I/O有了清晰地认识。

阻塞I/O（同步I/O）

线程在执行中如果遇到磁盘读写或网络通信（统称为 I/O 操作）， 通常要耗费较长的时间，这时操作系统会剥夺这个线程的 CPU 控制权，使其暂停执行，同时将资源让给其他的工作线程，这种线程调度方式称为阻塞。当 I/O 操作完毕时，操作系统 将这个线程的阻塞状态解除，恢复其对CPU的控制权，令其继续执行。这种 I/O 模式就是通常的阻塞式 I/O（同步I/O） 。

非阻塞I/O（异步I/O）

非阻塞式 I/O（异步I/O） 则针对所有 I/O 操作不采用阻塞的策略。当线程遇到 I/O 操作时，不会以阻塞的方式等待 I/O 操作 的完成或数据的返回，而只是将 I/O 请求发送给操作系统，继续执行下一条语句。当操系统完成 I/O 操作时，以事件的形式通知执行 I/O 操作的线程，线程会在特定时候处理这个 事件。为了处理异步 I/O，线程必须有事件循环，不断地检查有没有未处理的事件，依次予以处理。

多线程同步I/O

阻塞模式下，一个线程只能处理一项任务，要想提高吞吐量必须通过多线程，一个线程阻塞时还有其他线程在工作，多线程可以让 CPU 资源不被阻塞中的线程浪费。

多线程同步I/O

单线程异步I/O

单线程异步I/O维护一个事件队列，程序在执行时进入事件循环等待下一个事件到来，每个异步式 I/O 请求完成后会被推送到事件队列，等待程序进程进行处理。在这个模式下，一个线程永远在执行计算操作，这个线程所使用的 CPU 核心利用率永远是 100%。

单线程异步I/O

nodejs采用单线程异步I/O的优势与弊端

优势

从多线程同步I/O与单线程异步I/O的两个示例图来看，它们完成N个事件的时间理论上是一样的，不同的是，异步式 I/O 少了多线程的开销，对操作系统来说，创建一个线程的代价是十分昂贵的， 需要给它分配内存、列入调度，同时在线程切换的时候还要执行内存换页，CPU 的缓存被清空，切换回来的时候还要重新从内存中读取信息，而单线程异步I/O可以有效避免这种频繁的上下文切换。

弊端

异步式编程的缺点在于不符合人们一般的程序设计思维，容易让控制流变得晦涩难懂，给编码和调试都带来不小的困难。