图解四种 IO 模型-低调大师

图解四种 IO 模型

2022-01-05 454

最近越来越认为，在讲解技术相关问题时，大白话固然很重要，通俗易懂，让人有想读下去的欲望。但几乎所有的事，都有两面性，在看到其带来好处时，不妨想想是否也引入了不好的地方。

例如在博客中，过于大白话的语言的确会让你阅读起来更加顺畅，也更容易理解。但这都是其他人理解，已经咀嚼过了的，人家是已经完全理解了，你从这些信息中大概可能会观察不到全貌。所以，适当的白话是很好的，但这个度得控制一下。

接下来切入正文。

相信大家经常看到这个问题：

BIO、NIO 和 AIO 有什么区别？

看到这个问题，可能你脑海中就会浮现以下这些字眼。比如 BIO 就是如果从内核获取数据会一直阻塞，直到数据准备完毕返回。再比如 NIO，内核在数据没有准备好时不会阻塞住，调用程序会一直询问内核数据是否 Ready。

虽然是正确的，字数也很少。但是这样一来，你看这些概念就不是理解，而是背诵了。其实 BIO 和 NIO 这类的名词还有一个共同的名字叫——IO模型，总共有:

由于信号驱动 IO 在实际中不常用，我们主要讲以下四种模型：

同步阻塞
同步非阻塞
IO 多路复用
异步 IO

这里还是通过例子来理解这 4 种 IO 模型：

假设此时客户端正在发送一些数据到服务器，并且数据已经通过客户端的协议栈、网卡，陆陆续续的到达了服务器这边的内核态 Buffer 中了。

不清楚用户态和内核态区别的可以看看《简单聊聊用户态和内核态的区别》

对数据在网络中是如何传输的细节感兴趣的，可以去看看我之前写的文章《请求数据包从发送到接收，都经历了什么？》。

同步阻塞 BIO

我们需要知道，内核在处理数据的时候其实是分成了两个阶段：

数据准备
数据复制

在网络 IO 中，数据准备可能是客户端还有部分数据还没有发送、或者正在发送的途中，当前内核 Buffer 中的数据并不完整；而数据复制则是将内核态 Buffer 中的数据复制到用户态的 Buffer 中去。

当调用线程发起 read 系统调用时，如果此时内核数据还没有 Ready，调用线程会阻塞住，等待内核 Buffer 的数据。内核数据准备就绪之后，会将内核态 Buffer 的数据复制到用户态 Buffer 中，这个过程中调用线程仍然是阻塞的，直到数据复制完成，整个流程用图来表示就张这样：

同步非阻塞 NIO

相信大家知道 Java 中有个包叫 nio，但那跟我们现在正在讨论的 NIO 不是同一个概念。

现在正在讨论的是 Non-Blocking IO，代表同步非阻塞，是一种基础的 IO 模型。而 nio 包则是 New IO，里面的 IO 模型实际上是 IO多路复用，大家不要搞混淆了。

有了 BIO 的基础，这次我们直接来看图：

还是分为两个阶段来讨论。

数据准备阶段。此时用户线程发起 read 系统调用，此时内核会立即返回一个错误，告诉用户态数据还没有 Read，然后用户线程不停地发起请求，询问内核当前数据的状态。

数据复制阶段。此时用户线程还在不断的发起请求，但是当数据 Ready 之后，用户线程就会陷入阻塞，直到数据从内核态复制到用户态。

稍微总结一下，如果内核态的数据没有 Ready，用户线程不会阻塞；但是如果内核态数据 Ready 了，即使当前的 IO 模型是同步非阻塞，用户线程仍然会进入阻塞状态，直到数据复制完成，并不是绝对的非阻塞。

那 NIO 的好处是啥呢？显而易见，实时性好，内核态数据没有 Ready 会立即返回。但是事情的两面性就来了，频繁的轮询内核，会占用大量的 CPU 资源，降低效率。

IO 多路复用

IO 多路复用实际上就解决了 NIO 中的频繁轮询 CPU 的问题。在之前的 BIO 和 NIO 中只涉及到一种系统调用——read，在 IO 多路复用中要引入新的系统调用——select。

read 用于读取内核态 Buffer 中的数据，而 select 你可以理解成 MySQL 中的同名关键字，用于查询 IO 的就绪状态。

在 NIO 中，内核态数据没有 Ready 会导致用户线程不停的轮询，从而拉满 CPU。而在 IO 多路复用中调用了 select 之后，只要数据没有准备好，用户线程就会阻塞住，避免了频繁的轮询当前的 IO 状态，用图来表示的话是这样：

异步 AIO

该模型的实现就如其名，是异步的。用户线程发起 read 系统调用之后，无论内核 Buffer 数据是否 Ready，都不会阻塞，而是立即返回。

内核在收到请求之后，会开始准备数据，准备好了&复制完成之后会由内核发送一个 Signal 给用户线程，或者回调用户线程注册的接口进行通知。用户线程收到通知之后就可以去读取用户态 Buffer 的数据了。

由于这种实现方式，异步 IO 有时也被叫做信号驱动 IO。相信你也发现了，这种方式最重要的是需要 OS 的支持，如果 OS 不支持就直接完蛋。

Linux 系统在 2.6 版本的时候才引入了异步IO，不过那个时候并不算真正的异步 IO，因为内核并不支持，底层其实是通过 IO 多路复用实现的。而到了 Linux 5.1 时，才通过 io_uring 实现了真 AIO。

欢迎微信搜索关注【SH的全栈笔记】，如果你觉得这篇文章对你有帮助，还麻烦点个赞，关个注，分个享，留个言。

微信关注我们

原文链接：https://my.oschina.net/leonsh/blog/5391857

转载内容版权归作者及来源网站所有！

低调大师中文资讯倾力打造互联网数据资讯、行业资源、电子商务、移动互联网、网络营销平台。持续更新报道IT业界、互联网、市场资讯、驱动更新,是最及时权威的产业资讯及硬件资讯报道平台。

🏆【Alibaba中间件技术系列】「RocketMQ技术专题」带你一起去探索RocketMQ服务架构的线程模型分析

前言介绍 RocketMQ 是个消息服务器，也是个网络服务器。接下来我们将从网络 IO 模型，线程模型，看看 RocketMQ 是如何设计的。 IO 模型 RocketMQ 使用了 Netty 作为网络通信框架，自然而然使用了 Reactor 模型，或者说 Select 模型、Epoll 模型。即一个线程管理 N 个 Socket 的模式，此模式可管理海量连接，基本是所有网络服务器的首选。配置相关的RocketMQ的配置 RocketMQ的Boss线程数为 1， Worker 线程数为 CPU * 2. 在说线程模型之前，先看看 RocketMQ 如何设计 Server 接口的。 RemotingService作为顶层接口，定义了启动和关闭，另外还有注册 RPC 钩子，职责简单。他的两个子接口 RemotingServer 和 RemotingClient 各自增加了自己的抽象接口。 Server 专属的 localListenPort 和 getProcessorPair Client 专属的 getNameServerAddressList 等注意：两者都有 invokeSy...

2022-01-04

454

easy-mybatis是一个对Mybatis的增强框架（插件）。在Spring集成Mybatis的基础上，将项目开发中对数据库的常用操作统一化。使用本框架可以很便捷的对数据库进行操作，提高开发效率，减少机械行为。项目主页：https://mybatis.zuoyu.top API文档地址：https://mybatis.zuoyu.top/doc/index.html GitHub地址：https://github.com/zuoyuip/easy-mybatis Gitee地址：https://gitee.com/zuoyuip/easy-mybatis Maven依赖引入  <dependency> <groupId>top.zuoyu.mybatis</groupId> <artifactId>easy-mybatis-spring...

2022-01-05

421

资源下载

更多资源

Mario

马里奥是站在游戏界顶峰的超人气多面角色。马里奥靠吃蘑菇成长，特征是大鼻子、头戴帽子、身穿背带裤，还留着胡子。与他的双胞胎兄弟路易基一起，长年担任任天堂的招牌角色。

腾讯云软件源

为解决软件依赖安装时官方源访问速度慢的问题，腾讯云为一些软件搭建了缓存服务。您可以通过使用腾讯云软件源站来提升依赖包的安装速度。为了方便用户自由搭建服务架构，目前腾讯云软件源站支持公网访问和内网访问。

Nacos

Nacos /nɑ:kəʊs/ 是 Dynamic Naming and Configuration Service 的首字母简称，一个易于构建 AI Agent 应用的动态服务发现、配置管理和AI智能体管理平台。Nacos 致力于帮助您发现、配置和管理微服务及AI智能体应用。Nacos 提供了一组简单易用的特性集，帮助您快速实现动态服务发现、服务配置、服务元数据、流量管理。Nacos 帮助您更敏捷和容易地构建、交付和管理微服务平台。

Spring

Spring框架（Spring Framework）是由Rod Johnson于2002年提出的开源Java企业级应用框架，旨在通过使用JavaBean替代传统EJB实现方式降低企业级编程开发的复杂性。该框架基于简单性、可测试性和松耦合性设计理念，提供核心容器、应用上下文、数据访问集成等模块，支持整合Hibernate、Struts等第三方框架，其适用范围不仅限于服务器端开发，绝大多数Java应用均可从中受益。