同步/异步、阻塞/非阻塞

同步

发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回，也就是必须一件一件事做，等前一件做完了才能做下一件事。

异步

当一个异步过程调用发出后，调用者一般不能立刻得到结果，实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者

通知调用者的三种方式：

状态——监听被调用者的状态(轮询)，调用者需要每隔一定时间检查一次，效率会很低；
通知——当被调用者执行完成后，发出通知告知调用者，无需消耗太多性能
回调——当被调用者执行完成后，会调用调用者提供的回调函数

阻塞

调用结果返回之前，当前线程会被挂起(线程进入非可执行状态，在这个状态下，OS不会给线程分配时间片，即线程暂停运行)，调用结果返回后线程进入就绪态

非阻塞

调用结果返回之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回

同步和异步的区别

请求发出后，是否需要等待结果，才能继续执行其他操作

在网络IO模型中，数据拷贝时进程阻塞是同步，反之则是是异步

阻塞和同步的区别

同步调用在结果返回之前，线程并没有进入挂起状态，OS还会给它分配占用CPU的时间片；

阻塞调用在结果返回之前，线程处于挂起状态，OS不会再为其分配占用CPU的时间片，直到结果返回后，线程进入就绪状态在可能继续运行

阻塞和非阻塞的区别

在网络IO模型中，应用程序的调用立即返回是非阻塞，反之则是阻塞

同步/异步和阻塞/非阻塞的区别

在网络编程中，阻塞和非阻塞发生在第一阶段(准备数据阶段)；同步和异步发生在第二阶段(准备好的数据从内核缓冲区拷贝到用户进程缓冲区阶段)

用户空间和内核空间

在Linux/Unix中，对于一次读取IO的操作，数据并不会直接拷贝到应用程序的缓冲区(用户空间)，它首先会被拷贝到操作系统内核的缓冲区(内核空间)中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的缓冲区

可以看做是两个过程：

Waiting for the data to be ready(等待数据到达内核缓冲区)；
Copying the data from the kernel to the process(从内核缓冲区拷贝数据到应用程序缓冲区)

五种I/O模型

阻塞I/O
非阻塞I/O
I/O多路复用
信号驱动I/O
异步I/O

其中前四种是同步I/O模型，只有第五种是异步的。

1 阻塞I/O模型

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当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据，对于network IO来说，一般数据在一开始还没有到达，kernel会等待足够的数据到来，而在用户进程这边，整个进程会被阻塞挂起，当kernel等到数据准备好，它就会将数据从内核缓冲区拷贝到用户进程缓冲区，然后kernel返回结果，用户进程才进入就绪状态，重新运行起来。

作为一个网络的服务器，阻塞式的等待会浪费大量的资源和时间，当服务器调用函数sendto给远端的一个客户端发送数据时，这时候不做其他的事情那么往后的动作都堵塞在后面，这样显然是不合适的，解决这种问题的方法往往是创建一个进程或者线程去解决这件事。

阻塞式的I/O的好处就是它非常的稳定，他能保证连接保证接受和发送数据的确定性，这是大多大的互联网公司使用多线程的原因，并且使用线程池也会大大增加线程开启的效率。

2 非阻塞I/O模型

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当用户进程发出recvfrom操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会阻塞用户进程，而是立刻返回，从用户进程角度讲，它发起一个recvfrom操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果，用户进程通过结果判断数据是否准备好，如果没有准备好过段时间再次发送recvfrom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recvfrom调用操作，马上将数据从内核缓冲区拷贝到了用户进程缓冲区

非阻塞方式下，当前执行流以睡眠的方式来等待请求或者数据的到来，而采用轮询的方式，每隔一个时间段便返回一次，如果有数据到来则返回，如果没有，则返回一个错误码WSAEWOULDBLOCK，需要不断的用循环来等待数据的成功返回，这个过程往往会占用大量的CPU。

非阻塞的缺点，一次只能等待一个事件的到来。

3 阻塞的I/O复用模型（select，poll，epoll...）

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select，poll，epoll就是IO多路复用模型，其特点就在于单个系统调用可以同时处理多个网络连接的IO，它的基本原理就是select/poll/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程
当用户进程调用了select/poll/epoll，整个进程会被阻塞，而同时，kernel会“监视”所有select/poll/epoll负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select/poll/epoll就会返回。这个时候用户进程再调用recvfrom操作，将数据从内核缓冲区拷贝到用户进程缓冲区

缺点就是，无论是上面所述的哪种函数，每次发送或者接受一个数据都会进入两次内核与用户的转换。