【经典】5种IO模型 | IO多路复用

3.2.概念篇 1.同步与异步

同步是指一个任务的完成需要依赖另外一个任务时,只有等待被依赖的任务完成后,依赖的任务才能算完成。

异步是指不需要等待被依赖的任务完成,只是通知被依赖的任务要完成什么工作。然后继续执行下面代码逻辑,只要自己完成了整个任务就算完成了(异步一般使用状态、通知和回调)

PS:项目里面一般是这样的:(个人经验)

同步架构:一般都是和钱相关的需求,需要实时返回的业务

异步架构:更多是对写要求比较高时的场景(同步变异步)

读一般都是实时返回,代码一般都是await xxx()

想象个情景就清楚了:

异步:现在用户写了篇文章,可以异步操作,就算没真正写到数据库也可以返回:发表成功(大不了失败提示一下)

同步:用户获取订单信息,你如果异步就会这样了:提示下获取成功,然后一片空白...用户不卸载就怪了...

2.阻塞与非阻塞

阻塞是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起,一直处于等待消息通知,不能够执行其他业务(大部分代码都是这样的)

非阻塞是指在不能立刻得到结果之前,该函数不会阻塞当前线程,而会立刻返回(继续执行下面代码,或者重试机制走起)

PS:项目里面重试机制为啥一般都是3次?

第一次重试,两台PC挂了也是有可能的

第二次重试,负载均衡分配的三台机器同时挂的可能性不是很大,这时候就有可能是网络有点拥堵了

最后一次重试,再失败就没意义了,日记写起来,再重试网络负担就加大了,得不偿失了

3.五种IO模型

对于一次IO访问,数据会先被拷贝到内核的缓冲区中,然后才会从内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。需要经历两个阶段:

准备数据

将数据从内核缓冲区拷贝到进程地址空间

由于存在这两个阶段,Linux产生了下面五种IO模型(以socket为例)

阻塞式IO:

当用户进程调用了recvfrom等阻塞方法时,内核进入IO的第1个阶段:准备数据(内核需要等待足够的数据再拷贝)这个过程需要等待,用户进程会被阻塞,等内核将数据准备好,然后拷贝到用户地址空间,内核返回结果,用户进程才从阻塞态进入就绪态

Linux中默认情况下所有的socket都是阻塞的

非阻塞式IO:

当用户进程发出read操作时,如果kernel中的数据还没有准备好,那么它并不会block用户进程,而是立刻返回一个error。

用户进程判断结果是一个error时,它就知道数据还没有准备好,于是它可以再次发送read操作

一旦kernel中的数据准备好了,并且又再次收到了用户进程的system call,那么它马上就将数据拷贝到了用户内存,然后返回

非阻塞IO模式下用户进程需要不断地询问内核的数据准备好了没有

IO多路复用

通过一种机制,一个进程可以监视多个文件描述符(套接字描述符)一旦某个文件描述符就绪(一般是读就绪或者写就绪),能够通知程序进行相应的读写操作(这样就不需要每个用户进程不断的询问内核数据准备好了没)

常用的IO多路复用方式有select、poll和epoll

信号驱动IO:

内核文件描述符就绪后,通过信号通知用户进程,用户进程再通过系统调用读取数据。

此方式属于同步IO(实际读取数据到用户进程缓存的工作仍然是由用户进程自己负责的)

异步IO(POSIX的aio_系列函数)

用户进程发起read操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。内核收到一个异步IO read之后,会立刻返回,不会阻塞用户进程。

内核会等待数据准备完成,然后将数据拷贝到用户内存,当这一切都完成之后,内核会给用户进程发送一个signal告诉它read操作完成了

4.Unix图示

贴一下Unix编程里面的图:

**非阻塞IO**

2.非阻塞IO

**IO复用**

3.IO复用

**信号IO**

4.信号IO

**异步AIO**

5.异步AIO

3.3.IO多路复用

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