笔者最近在工作的过程中，涉及到了对Netty的理解，由此展开成对网络I/O模型的归纳，这也是这篇文章的缘由。
网络I/O模型指的是什么
首先，我们来明确一下，当我们在说网络I/O模型的时候，指的是linux系统的I/O模式。大的层面来分，I/O模型可以分为：同步IO (sync IO) 和异步IO (async IO)。
sync v.s. async
（个人理解：sync和async是处理方式，而不单单是针对IO。）同步处理是指server得到最终结果之后才返回给client；异步处理是指server先返回应答，然后再计算调用结果，计算完最终结果后再通知并返回给client。异步常常指通过另一个thread同时做事情（个人理解：async中client开启一个新thread，主thread去做其他事情）。
同步和异步的讨论对象是被调用者（server）。
blocking v.s. non-blocking
在同步IO里，我们还能更进一步的划分。这里要引入阻塞和非阻塞的概念。
阻塞是指client一直在等待而且别的事情什么都不做；非阻塞是指client先去忙别的事情。
阻塞和非阻塞的讨论对象是调用者（client）。
五种I/O模型
- 同步IO
- 【1】阻塞式IO（blocking IO）
- 【2】非阻塞式IO（non-blocking IO）
- 【3】IO复用（IO multiplexing）
- 【4】信号驱动式IO（signal driven IO）
- 【5】异步IO（asynchronous IO）
可以把IO call分成两部分：
server准备数据 + 数据从server拷贝到client的进程中。
blocking IO
A拿着一只鱼竿在钓鱼，并且一直在鱼竿前等，等的时候不做其他事情，十分专心。只有鱼上钩的时候，才结束等的动作，把鱼钓上来。（A是client，河是server）
优点：程序简单，client在阻塞等待数据的时候线程被挂起，几乎不占用CPU资源。
缺点：每个连接需要独立的线程单独处理，当并发请求量大时为了维护程序，内存、线程切换开销较大，这种模型在实际生产中很少使用。（一群A在钓鱼，每个都专心等，效率很低）
特点：等待数据被阻塞 + 拷贝数据被阻塞。
阻塞IO.jpg
non-blocking IO (NIO)
B也拿着一只鱼竿在钓鱼，但B在钓鱼的时候，还干别的事情，比如看看书，聊个天。B等的时候每隔固定的时间，就查一下鱼是否已经上钩了（轮询的过程，即polling）。一旦鱼上钩，就停止手中其他工作，把鱼钓上来。
优点：不会阻塞在内核的等待数据过程，每次发起的 I/O 请求可以立即返回，不用阻塞等待，实时性较好。
缺点：轮询将会不断地询问内核，这将占用大量的CPU时间，系统资源利用率较低，所以一般Web服务器不使用这种I/O模型。（固定时间检查鱼竿情况的过程）
特点：等待数据不阻塞 + 拷贝数据被阻塞。
非阻塞IO.jpg
IO multiplexing
C也在钓鱼，但是C拿了很多的鱼竿，一次性有很多鱼竿在等，C不断的查看每个鱼竿是否有鱼上钩。增加了效率，减少了等待的时间。
优点：可以基于一个阻塞对象，同时在多个描述符上等待就绪，而不是使用多个线程（每个文件描述符一个线程），这样可以大大节省系统资源。
缺点：当连接数较少时效率相比多线程+阻塞 I/O 模型效率较低，可能延迟更大，因为单个连接处理需要 2 次系统调用，占用时间会有增加。
特点：等待数据不阻塞 + 拷贝数据被阻塞。
IO复用.jpg
signal driven IO
D也在钓鱼，不同的是，D在鱼竿上挂了个铃铛，鱼上钩的时候，铃铛就会响，D就把鱼钓上来。
优点：线程并没有在等待数据时被阻塞，可以提高资源的利用率。
缺点：信号 I/O 在大量 IO 操作时可能会因为信号队列溢出导致没法通知。（铃铛响的太频繁）
特点：等待数据不阻塞 + 拷贝数据被阻塞。
信号驱动IO.jpg
asynchronous I/O (AIO)
E也想钓鱼，但E（main thread）有事情，于是他雇来了F（new thread），让F帮他等待鱼上钩，一旦有鱼上钩，F就打电话给E，E就会将鱼钓上去。
这种模型与signal driven IO的主要区别在于：signal driven I/O 是由内核通知应用程序何时启动一个 I/O 操作，而asynchronous I/O 是由内核通知应用程序 I/O 操作何时完成。
优点：异步 I/O 能够充分利用 DMA 特性，让 I/O 操作与计算重叠。
缺点：要实现真正的异步 I/O，操作系统需要做大量的工作。在 Linux 系统下，Linux 2.6才引入，目前 AIO 并不完善，因此在 Linux 下实现高并发网络编程时都是以 IO 复用模型模式为主。
特点：等待数据不阻塞 + 拷贝数据不阻塞。
异步IO.jpg
五种模型比较
前四种都是同步IO，它们的第二阶段“拷贝数据”是一样的。区别在于第一阶段。
IO比较.jpg
阻塞程度：阻塞IO > 非阻塞IO > IO复用 > 信号驱动IO > 异步IO。
这五种模型有自己的优缺点。其中AIO比较新。
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