深入理解 I/O(阻塞、非阻塞，同步、异步)的概念及其区别

一、概念介绍

(1)阻塞(blocking)、非阻塞（non-blocking）：可以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(进程或线程就阻塞在那了，不能做其它事情)，否则就可以理解为非阻塞(在等待的过程中可以做其它事情)。

(2)同步(synchronous)、异步(asynchronous)： 你总是做完一件再去做另一件，不管是否需要时间等待，这就是同步(就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回,即此时不能做下一件事情)；异步则反之，你可以同时做几件事，并非一定需要一件事做完再做另一件事(当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果,此时可以接着做其它事情)。同步简单理解成一问一答同步进行，异步可以简单理解为不必等一个问题有了答案再去问另一个问题，尽管问，有答了再通知你。

(3)阻塞和同步：
有人会把阻塞调用和同步调用等同起来，实际上他是不同的。对于同步调用来说，很多时候当前线程还是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回而已。 例如，我们在socket中调用recv函数，如果缓冲区中没有数据，这个函数就会一直等待，直到有数据才返回。而此时，当前线程还会继续处理各种各样的消息。

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二、IO模型

针对网络IO的操作，可以分成两个阶段，准备阶段和操作阶段。

1,准备阶段是判断是否能够操作(即等待数据是否可用)，在内核进程完成的；
2,操作阶段则执行实际的IO调用，数据从内核缓冲区拷贝到用户进程缓冲区。

比如对于一个read操作发生时,它会经历下面两个阶段:

• A, 等待数据准备,数据是否拷贝到内核缓冲区;

• B, 将数据从内核拷贝到用户进程空间

上面两点比较重要，注意理解。

《Unix网络编程卷1：套接字联网API》（即UNP）中第六章对unix 系统将IO模型分为五类：阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动，异步IO。

• 1、阻塞IO：在准备阶段即同步阻塞，应用进程调用I/O操作时阻塞，只有等待要操作的数据准备好，并复制到应用进程的缓冲区中才返回；
• 2、非阻塞IO：当应用进程要调用的I/O操作会导致该进程进入阻塞状态时，该I/O调用返回一个错误，一般情况下，应用进程需要利用轮询的方式来检测某个操作是否就绪。数据就绪后，实际的I/O操作会等待数据复制到应用进程的缓冲区中以后才返回；
• 3、IO复用：多路IO共用一个同步阻塞接口，任意IO可操作都可激活IO操作，这是对阻塞IO的改进(主要是select和poll、epoll,关键是能实现同时对多个IO端口进行监听)。此时阻塞发生在select/poll的系统调用上，而不是阻塞在实际的I/O系统调用上。IO多路复用的高级之处在于:它能同时等待多个文件描述符，而这些文件描述符（套接字描述符）其中的任意一个进入读就绪状态，select等函数就可以返回。
• 4、信号驱动IO：注册一个IO信号事件，在数据可操作时通过SIGIO信号通知线程，这应该算是一种异步机制；

以上四种模型在第一阶段即判断是否可操作阶段各不相同，但一旦数据可操作，则切换到同步阻塞模式下执行IO操作，所以都算是同步IO。

• 5、异步IO: 应用进程通知内核开始一个异步I/O操作，并让内核在整个操作（包含将数据从内核复制到应该进程的缓冲区）完成后通知应用进程。

根据上面所说的IO操作的两个阶段，可以把上面的I/O模型进行如下归类:

• a,阻塞IO:在两个阶段上面都是阻塞的;
• b,非阻塞IO:在第1阶段，程序不断的轮询直到数据准备好，第2阶段还是阻塞的;
• c,IO复用:在第1阶段，当一个或者多个IO准备就绪时，通知程序，第2阶段还是阻塞的，在第1阶段还是轮询实现的，只是所有的IO都集中在一个地方，这个地方进行轮询;
• d,信号IO:当数据准备完毕的时候，信号通知程序数据准备完毕，第2阶段阻塞;
• e,异步IO:1，2都不阻塞，异步IO模型 比如 windows之上的iocp,linux AIO,详情点这里;

结果如下图(图来自UNP)：

阻塞式I/O模型、非阻塞式I/O模型、I/O复用模型,这三种模型的区别在于第一阶段（阻塞式I/O阻塞在I/O操作上，非阻塞式I/O轮询，

I/O复用阻塞在select/poll/epoll上），第二阶段都是一样的，即这里的阻塞不阻塞体现在第一阶段，从这方面来说I/O复用类型也

可以归类到阻塞式I/O，它与阻塞式I/O的区别在于阻塞的系统调用不同。而异步I/O的两个阶段都不会阻塞进程。

其中POSIX将IO只分成了同步IO、异步IO两种模型。

同步I/O操作：实际的I/O操作将导致请求进程阻塞，直到I/O操作完成。

异步I/O操作：实际的I/O操作不导致请求进程阻塞。

由此，前面分类中：阻塞式I/O，非阻塞式I/O，I/O复用，信号驱动I/O模型都属于同步I/O，因为第二阶段的数据复制都是阻塞的。

而只有前面定义的异步I/O模型与这里的异步I/O操作

总结

同步或者异步I/O主要是指访问数据的机制(即实际I/O操作的完成方式)，同步一般指主动请求并等待I/O操作完毕的方式，I/O操作

未完成前，会导致应用进程挂起；而异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情，而当IO操作已经完成的时候会得到IO

完成的通知（异步的特点就是通知）,这可以使进程在数据读写时也不阻塞。

阻塞或者非阻塞I/O主要是指I/O操作第一阶段的完成方式(进程访问的数据如果尚未就绪)，即数据还未准备好的时候，应用进程

的表现，如果这里进程挂起，则为阻塞I/O，否则为非阻塞I/O。说白了就是阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候，根据IO

操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式，阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，

而非阻塞方式下，读取或者写入函数会立即返回一个状态值。