關於IO，同步/異步/阻塞/非阻塞，這幾個關鍵詞是經常聽到的，譬如：
“Java oio是阻塞的，nio是非阻塞的”
“NodeJS的IO是異步的”
但是這些東西聽多了就容易迷糊，比方說同步是否就是阻塞，異步是否就是非阻塞呢？
先給出結論：
1. 異步/同步與阻塞/非阻塞之間沒有必然的聯系
2. 同步IO可以是阻塞，也可以是非阻塞的
3. 異步IO就是異步IO，它一定是非阻塞的，不存在異步阻塞IO這個說法
POSIX對同步/異步的定義如下，這兩句話非常關鍵
- A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes;
- An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;
再給出權威文檔：《UNIX網絡編程：卷一》的第六章
書中列出了如下五種IO模型：
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阻塞式I/O；
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非阻塞式I/O；
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I/O復用（select，poll，epoll...）；
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信號驅動式I/O（SIGIO）；
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異步I/O（POSIX的aio_系列函數）；
1. 阻塞式IO
我們手上有一個socket，現在希望能從這個socket里讀點數據出來，我們會對這個socket調用recvfrom方法
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
在默認情況下，recvfrom方法會被阻塞，直到從指定的socket上收到數據才會返回，返回時，buf中已經填充好了數據
阻塞的過程實際上可以分割成兩段：等待kernel准備好從網絡上接收到的數據報 + 等待收到的報文被從kernel復制到buf中
只有在這兩個過程全部完成后，recvfrom方法才會返回。
這就是阻塞式IO模型
2. 非阻塞式IO
還是上面的recvfrom方法，如果將其設置為非阻塞模式（flag與MSG_DONTWAIT異或），情況就會有所不同了：
在內核沒有准備好數據報時，調用recvfrom方法會立即返回異常碼（EWOULDBLOCK或者EAGAIN）（這一段是非阻塞的！）
如果內核已經准備好數據，調用recvfrom方法則會在數據報被從kernel拷貝到buf中后返回（這一段是同步的！）
也就是說，阻塞與非阻塞式IO的主要區別在於等待數據報准備好的第一階段，至於將數據從kernel拷貝到buf中的過程，兩者都是同步的。
但是個人覺得非阻塞式IO可能並不好用，因為在輪詢一個socket是否可讀的過程會直接占滿一個core
如果想要減少cpu資源占用的話，又會增加編程的復雜度。
3. I/O多路復用
IO多路復用有select/poll/epoll這樣的幾種方式
先介紹一下最有代表性的select方法
int select(int nfds, fd_set *restrict readfds,
fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict errorfds,
struct timeval *restrict timeout);
select方法的返回值代表當前可以操作的fd數量，如果返回值大於0，說明已經有fd准備就緒，下一步我們就可以調用recvfrom方法從就緒的fd中讀取數據了（先只考慮可讀的情況）
select方法是否阻塞，與timeout參數有關
如果timeout被設置為0，那么select是非阻塞的，對select方法的調用會立即返回。
如果timeout被設置為非0，則select會阻塞，直到有fd可讀，或者timeout到期為止。
總的來說，I/O多路復用是同步阻塞的，但主要是阻塞在對select/poll/epoll方法的調用上，后續的recvfrom則是同步的。
多說一句，I/O多路復用，實際上跟第一條介紹的阻塞IO差不多
只是I/O多路復用可以同時監聽多個fd罷了
這樣就減少了為每個需要監聽的fd開啟一個線程的開銷。
4. 信號驅動式I/O
沒用過也沒見過，直接上截圖：
5. 異步I/O
同步IO中，在調用recvfrom方法時，即使kernel已經將數據准備好，recvfrom方法也不會立即返回
必須要在耗費一定的時間，將數據從kernel完全拷貝到用戶buf中后，recvfrom方法才會返回
也就是說，在recvfrom方法無異常返回的時候，數據已經在buf中准備好了
異步IO則有相當大的不同：
1. 用戶調用一次請求數據的方法，該方法會無阻塞的立即返回。
2. OS接到這個請求后，會將用戶所請求的數據從kernel拷貝到指定的位置。
3. 數據拷貝完成后，第一步中注冊的回調方法會被調用（或者觸發一個信號，總之就是要讓用戶感知到數據已經拷貝完成）
4. 用戶感知到這一事件，此時數據已經准備好，可以直接處理數據了
如下圖所示
但是目前Linux的aio還不成熟，而且epoll提供的IO多路復用模型在性能上已經夠用了，所以在此就不舉例了
ps. NodeJS在Linux上的異步實現是基於libeio，這是用阻塞IO和線程池模擬出來的異步IO
最后上一張圖作為總結
最后再把文章開頭的兩句話再重復一遍，理解想必會更加深刻
- A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes;
- An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;
參考文獻