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通過IO模型帶來的思考

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摘要：同步信號驅(qū)動在快遞柜上寫上自己的手機號回調(diào)函數(shù)，當(dāng)快遞送過來的時候直接給我打電話執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，然后我去取快遞。

IO模型

對于IO，我們經(jīng)常可以聽到諸如同步阻塞IO，同步非阻塞IO，異步IO等等，那么什么是異步/同步，什么是阻塞/非阻塞？首先一次IO在UNIX系統(tǒng)中分為兩個步驟

1.發(fā)起IO請求：用戶線程向操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)起IO請求

2.執(zhí)行IO操作：當(dāng)內(nèi)核準備好數(shù)據(jù)可以提交給發(fā)起IO請求的線程

阻塞/非阻塞的區(qū)別：發(fā)起IO請求之后會一直等待直到獲取數(shù)據(jù)則是阻塞，否則是非阻塞

同步/異步的區(qū)別：獲取到的數(shù)據(jù)是自己主動拿到的則是同步，是被動拿到的則是異步

下面我用取快遞這個例子來介紹一下UNIX的五種IO模型

眾所周知吸管喝飲料分為兩個步驟：1.打開快遞柜（發(fā)起IO請求），2.取走快遞（執(zhí)行IO操作）

同步&阻塞IO

打開快遞柜（發(fā)起IO請求），如果快遞柜里沒有東西（內(nèi)核沒有準備好數(shù)據(jù)），則一直等在快遞柜旁等快遞來（阻塞直到內(nèi)核準備好數(shù)據(jù)），快遞柜有了快遞則取走（用戶線程讀取內(nèi)核中的數(shù)據(jù)）。

整個流程除了拿快遞，等快遞不能做其他事

同步&非阻塞IO

打開快遞柜（發(fā)起IO請求），如果快遞柜里沒有東西（內(nèi)核沒有準備好數(shù)據(jù)），則馬上做其他事情每隔一段時間就去快遞柜里打開看看是否有快遞（輪詢內(nèi)核是否準備好數(shù)據(jù)），快遞柜有了快遞則取走（用戶線程讀取內(nèi)核中的數(shù)據(jù)）。

盡管這個模型相對同步阻塞IO效率有一定提升，但是大量的無用輪詢造成了CPU的空轉(zhuǎn)，很少使用這種IO模型

同步&多路復(fù)用IO

需要同時取N個快遞，派一個人幫你監(jiān)視快遞柜，告訴他你想要哪個快遞比如告訴他我要天貓的快遞，然后這個監(jiān)視者一直站在快遞柜旁邊等待天貓快遞到來并簽收，我們只需要向這個監(jiān)視者拿快遞就行了。

這個模型中，監(jiān)視者就是我們Java NIO中的Selector，一個線程阻塞同時監(jiān)管多個線程連接狀態(tài)，返回給調(diào)用者連接狀態(tài)滿足所注冊的狀態(tài)條件連接線程。

同步&信號驅(qū)動IO

在快遞柜上寫上自己的手機號（回調(diào)函數(shù)），當(dāng)快遞送過來的時候直接給我打電話（執(zhí)行回調(diào)函數(shù)），然后我去取快遞。

異步IO

假設(shè)收快遞的是一個國王，只需要叫一聲 我想要收到我的快遞，剩下的都不用國王自己操心了，會派人去快遞柜門口等快遞，然后會有人幫忙把快遞送到手上（用戶線程）

思考

其實同步異步/阻塞非阻塞并非只是在計算機的世界里有，在互聯(lián)網(wǎng)時代，大部分的場景都在經(jīng)歷IO模型之間的轉(zhuǎn)變

網(wǎng)購/外賣：就是一種異步IO，商品（數(shù)據(jù)）從賣家/餐廳（內(nèi)核態(tài)）被送貨員送到家（線程態(tài)），傳統(tǒng)的從家里到餐廳然后吃飯，吃了回家，就是一種典型的同步阻塞IO。

滴滴打車：是一種信號驅(qū)動IO，在滴滴上下單過后就只需等待滴滴軟件提示（回調(diào)函數(shù)）已經(jīng)分配好司機并且正在來接你。傳統(tǒng)的方式則是自己要在路口等出租車/公交車，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發(fā)出去就不用管了，一段時間去看看對方是否有回復(fù)（輪詢）。而傳統(tǒng)的打電話則要確保對方接聽并將信息告知對方，同步阻塞IO。

種植業(yè)：多路復(fù)用IO，比如farmer每天去看果園哪些蘋果紅了（滿足注冊的條件）就將紅蘋果收下來。如果種植業(yè)機械化程度夠高，則可以變成異步IO的模式，種植，澆水，收割全部由機器完成。

等等

社會上所有能夠提升效率的場景，基本可以用IO模型去進行思考，演進過程也大致是從同步—》異步，阻塞—》非阻塞

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