通过IO模型带来的思考

NeverSayNever 发布于2019-08-19 11:00 / 1821人阅读

摘要：同步信号驱动在快递柜上写上自己的手机号回调函数，当快递送过来的时候直接给我打电话执行回调函数，然后我去取快递。

IO模型

对于IO，我们经常可以听到诸如同步阻塞IO，同步非阻塞IO，异步IO等等，那么什么是异步/同步，什么是阻塞/非阻塞？首先一次IO在UNIX系统中分为两个步骤

1.发起IO请求：用户线程向操作系统内核发起IO请求

2.执行IO操作：当内核准备好数据可以提交给发起IO请求的线程

阻塞/非阻塞的区别：发起IO请求之后会一直等待直到获取数据则是阻塞，否则是非阻塞

同步/异步的区别：获取到的数据是自己主动拿到的则是同步，是被动拿到的则是异步

下面我用取快递这个例子来介绍一下UNIX的五种IO模型

众所周知吸管喝饮料分为两个步骤：1.打开快递柜（发起IO请求），2.取走快递（执行IO操作）

同步&阻塞IO

打开快递柜（发起IO请求），如果快递柜里没有东西（内核没有准备好数据），则一直等在快递柜旁等快递来（阻塞直到内核准备好数据），快递柜有了快递则取走（用户线程读取内核中的数据）。

整个流程除了拿快递，等快递不能做其他事

同步&非阻塞IO

打开快递柜（发起IO请求），如果快递柜里没有东西（内核没有准备好数据），则马上做其他事情每隔一段时间就去快递柜里打开看看是否有快递（轮询内核是否准备好数据），快递柜有了快递则取走（用户线程读取内核中的数据）。

尽管这个模型相对同步阻塞IO效率有一定提升，但是大量的无用轮询造成了CPU的空转，很少使用这种IO模型

同步&多路复用IO

需要同时取N个快递，派一个人帮你监视快递柜，告诉他你想要哪个快递比如告诉他我要天猫的快递，然后这个监视者一直站在快递柜旁边等待天猫快递到来并签收，我们只需要向这个监视者拿快递就行了。

这个模型中，监视者就是我们Java NIO中的Selector，一个线程阻塞同时监管多个线程连接状态，返回给调用者连接状态满足所注册的状态条件连接线程。

同步&信号驱动IO

在快递柜上写上自己的手机号（回调函数），当快递送过来的时候直接给我打电话（执行回调函数），然后我去取快递。

异步IO

假设收快递的是一个国王，只需要叫一声我想要收到我的快递，剩下的都不用国王自己操心了，会派人去快递柜门口等快递，然后会有人帮忙把快递送到手上（用户线程）

思考

其实同步异步/阻塞非阻塞并非只是在计算机的世界里有，在互联网时代，大部分的场景都在经历IO模型之间的转变

网购/外卖：就是一种异步IO，商品（数据）从卖家/餐厅（内核态）被送货员送到家（线程态），传统的从家里到餐厅然后吃饭，吃了回家，就是一种典型的同步阻塞IO。

滴滴打车：是一种信号驱动IO，在滴滴上下单过后就只需等待滴滴软件提示（回调函数）已经分配好司机并且正在来接你。传统的方式则是自己要在路口等出租车/公交车，同步阻塞IO。

微信/短信：非阻塞同步IO，要通知其他人直接把信息发出去就不用管了，一段时间去看看对方是否有回复（轮询）。而传统的打电话则要确保对方接听并将信息告知对方，同步阻塞IO。

种植业：多路复用IO，比如farmer每天去看果园哪些苹果红了（满足注册的条件）就将红苹果收下来。如果种植业机械化程度够高，则可以变成异步IO的模式，种植，浇水，收割全部由机器完成。

等等

社会上所有能够提升效率的场景，基本可以用IO模型去进行思考，演进过程也大致是从同步—》异步，阻塞—》非阻塞

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