如何理解IO的同步、异步、阻塞、非阻塞

一、如何理解Java中的I/O同步、异步、阻塞、非阻塞？

导论：什么是I/O，I（input），O（output），也就是输入和输出。这个输入和输出是相对而言的，是相对于CPU和内存而言的，我们把数据从外部输入到内存中，或者我们把数据从内存中持久化到硬盘，或者通过网络传输到另外一台设备中，这些操作就是IO操作，其中数据从外部介质输入到内存中，我们就称为I，而数据输出到外部介质中，我们称为O。

内存条，我们都懂得，特别是计科，软工的同学很多都自己安装过内存条。这个看得到的内存是物理内存，物理内存是看得到的，是实的，虚虚实实，那么肯定也有虚内存，也就是虚拟内存，我们把内存可虚拟划分为内核内存，用户内存，其中用户内存有的书中也称为进程内存。

这里假设，我们有两个进程，从下图中我们可以看出，把一块物理内存虚拟成多个内存，有进程共享内存空间，有共享内核空间，有进程独立的空间。注：此图来源于网络。

二、阻塞和非阻塞

应用程序的IO实际是分为两个步骤，IO调用和IO执行。IO调用是由进程发起，IO执行是操作系统的工作。如果当数据没有准备好时，那么根据当前线程是否等待可以分为阻塞和非阻塞，如果当前线程一直在等待数据准备好，那么这个过程就是阻塞的。如果当前线程没有等待数据准备好，而是做自己的事情去了，那么这个过程就是非阻塞的。那么在非阻塞中我们怎么可以确定数据是否准备好呢？有两种方式，一种是通过轮询的方式，每隔一段时间询问内核空间是否准备好了数据，如果准备好了，那么就发送一个信号给当前进程，然后CPU发送指令，把内核空间中的数据复制到用户空间中。还有一种方式是通过信号，当前进程执行IO之后，会注册一个信号，当数据准备好了之后，CPU主动把内核空间中的数据，复制到用户空间中，也就是不用使用轮询的方式了。具体内容可以看参考文件1。

上图是同步阻塞的，下图表示的是同步非阻塞的。

从上面两图可以看出，阻塞和非阻塞的区别在于内核中是否一直等待数据准备好，要等待，不去做其它的事情，那么当前线程就是阻塞的，如果不等待，而去做其它事情了，那么就是非阻塞的。

举个例子：周五晚上，你开开心心给女朋友发微信问：你在干嘛，一起出去吃个饭。然后女朋友回复了一句：我在洗澡。

你接下来是一直在等待呢，还是去做自己的事情呢？

假如你一直在等待对方回复消息，那么你就是阻塞的状态。

假如你是在做其它的事情，比如正在看我的这篇博文，并且你还会时不时的瞄一眼手机，生怕错过女朋友的消息。那么这个时候你就是非阻塞的状态。

通过上面的例子，你是不是更加理解什么是阻塞和非阻塞了呢？那么接下来，我们看看什么是同步和异步。

三、同步和异步

同步和异步说的是在内核拷贝到用户空间的过程，线程是否执行其它的操作，如果没有执行其它操作，那么我们把它称为同步的，否则我们就把它称为异步的。

上面这个图是异步的，因为在并且是非阻塞的。

四、总结

同步、异步，阻塞、非阻塞是两两成对，根据排列组合，可以组合出4种情况，同步阻塞，同步非阻塞，异步阻塞，异步非阻塞。但是我们实质上是3种，同步阻塞，同步非阻塞，异步非阻塞，这对应着 Java 中的 BIO，NIO，AIO。

综上所述可以看出时期不同，称呼不同，在内核空间中等待数据准备好的这个时期是否等待，分为阻塞和非阻塞，在内核空间的数据复制到用户空间的时期，我们根据当前线程是否等待划为同步和异步。

非阻塞，在内核空间的数据复制到用户空间的时期，我们根据当前线程是否等待划为同步和异步。

那么最后你和女朋友约会成功了吗？你在这个过程中是属于什么IO呢？