作者：huangguisu

1. 概念理解

     在進行網(wǎng)絡編程時，我們常常見到同步(Sync)/異步(Async),，阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)四種調(diào)用方式：

同步/異步主要針對C端: 
同步：
      所謂同步,，就是在c端發(fā)出一個功能調(diào)用時，在沒有得到結果之前,，該調(diào)用就不返回,。也就是必須一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。

例如普通B/S模式（同步）：提交請求->等待服務器處理->處理完畢返回 這個期間客戶端瀏覽器不能干任何事

異步：
      異步的概念和同步相對,。當c端一個異步過程調(diào)用發(fā)出后,，調(diào)用者不能立刻得到結果。實際處理這個調(diào)用的部件在完成后,，通過狀態(tài),、通知和回調(diào)來通知調(diào)用者。

     例如 ajax請求（異步）: 請求通過事件觸發(fā)->服務器處理（這是瀏覽器仍然可以作其他事情）->處理完畢

阻塞/非阻塞主要針對S端:

阻塞
     阻塞調(diào)用是指調(diào)用結果返回之前,，當前線程會被掛起（線程進入非可執(zhí)行狀態(tài),，在這個狀態(tài)下，cpu不會給線程分配時間片,，即線程暫停運行）,。函數(shù)只有在得到結果之后才會返回。

     有人也許會把阻塞調(diào)用和同步調(diào)用等同起來,，實際上他是不同的,。對于同步調(diào)用來說，很多時候當前線程還是激活的,，只是從邏輯上當前函數(shù)沒有返回而已,。 例如，我們在socket中調(diào)用recv函數(shù),，如果緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，這個函數(shù)就會一直等待,，直到有數(shù)據(jù)才返回,。而此時，當前線程還會繼續(xù)處理各種各樣的消息,。

   快遞的例子：比如到你某個時候到A樓一層（假如是內(nèi)核緩沖區(qū)）取快遞,，但是你不知道快遞什么時候過來，你又不能干別的事,，只能死等著,。但你可以睡覺（進程處于休眠狀態(tài)），因為你知道快遞把貨送來時一定會給你打個電話（假定一定能叫醒你）,。

非阻塞
      非阻塞和阻塞的概念相對應,，指在不能立刻得到結果之前，該函數(shù)不會阻塞當前線程,，而會立刻返回,。

     還是等快遞的例子：如果用忙輪詢的方法,，每隔5分鐘到A樓一層(內(nèi)核緩沖區(qū)）去看快遞來了沒有。如果沒來,，立即返回,。而快遞來了，就放在A樓一層,，等你去取,。

對象的阻塞模式和阻塞函數(shù)調(diào)用
對象是否處于阻塞模式和函數(shù)是不是阻塞調(diào)用有很強的相關性，但是并不是一一對應的,。阻塞對象上可以有非阻塞的調(diào)用方式,，我們可以通過一定的API去輪詢狀 態(tài)，在適當?shù)臅r候調(diào)用阻塞函數(shù),，就可以避免阻塞,。而對于非阻塞對象，調(diào)用特殊的函數(shù)也可以進入阻塞調(diào)用,。函數(shù)select就是這樣的一個例子,。

1. 同步，就是我客戶端（c端調(diào)用者）調(diào)用一個功能,，該功能沒有結束前,，我（c端調(diào)用者）死等結果。
2. 異步,，就是我（c端調(diào)用者）調(diào)用一個功能,，不需要知道該功能結果，該功能有結果后通知我（c端調(diào)用者）即回調(diào)通知,。

同步/異步主要針對C端, 但是跟S端不是完全沒有關系,，同步/異步機制必須S端配合才能實現(xiàn). 同步/異步是由c端自己控制, 但是S端是否阻塞/非阻塞, C端完全不需要關心.

3. 阻塞，      就是調(diào)用我（s端被調(diào)用者,，函數(shù)）,，我（s端被調(diào)用者，函數(shù)）沒有接收完數(shù)據(jù)或者沒有得到結果之前,，我不會返回,。
4. 非阻塞，  就是調(diào)用我（s端被調(diào)用者,，函數(shù)）,，我（s端被調(diào)用者，函數(shù)）立即返回,，通過select通知調(diào)用者

同步IO和異步IO的區(qū)別就在于：數(shù)據(jù)訪問的時候進程是否阻塞,！

阻塞IO和非阻塞IO的區(qū)別就在于：應用程序的調(diào)用是否立即返回！

2. Linux下的五種I/O模型

       我們把一個SOCKET接口設置為非阻塞就是告訴內(nèi)核,，當所請求的I/O操作無法完成時,，不要將進程睡眠，而是返回一個錯誤,。這樣我們的I/O操作函數(shù)將不斷的測試數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準備好,，如果沒有準備好，繼續(xù)測試,，直到數(shù)據(jù)準備好為止,。在這個不斷測試的過程中，會大量的占用CPU的時間,。

    把SOCKET設置為非阻塞模式,，即通知系統(tǒng)內(nèi)核：在調(diào)用Windows Sockets API時,，不要讓線程睡眠，而應該讓函數(shù)立即返回,。在返回時,，該函數(shù)返回一個錯誤代碼。圖所示,，一個非阻塞模式套接字多次調(diào)用recv()函數(shù)的過程。前三次調(diào)用recv()函數(shù)時,，內(nèi)核數(shù)據(jù)還沒有準備好,。因此，該函數(shù)立即返回WSAEWOULDBLOCK錯誤代碼,。第四次調(diào)用recv()函數(shù)時,，數(shù)據(jù)已經(jīng)準備好，被復制到應用程序的緩沖區(qū)中,，recv()函數(shù)返回成功指示,，應用程序開始處理數(shù)據(jù)。

     當使用socket()函數(shù)和WSASocket()函數(shù)創(chuàng)建套接字時,，默認都是阻塞的,。在創(chuàng)建套接字之后，通過調(diào)用ioctlsocket()函數(shù),，將該套接字設置為非阻塞模式,。Linux下的函數(shù)是:fcntl().
    套接字設置為非阻塞模式后，在調(diào)用Windows Sockets API函數(shù)時,，調(diào)用函數(shù)會立即返回,。大多數(shù)情況下，這些函數(shù)調(diào)用都會調(diào)用“失敗”,，并返回WSAEWOULDBLOCK錯誤代碼,。說明請求的操作在調(diào)用期間內(nèi)沒有時間完成。通常,，應用程序需要重復調(diào)用該函數(shù),，直到獲得成功返回代碼。

    需要說明的是并非所有的Windows Sockets API在非阻塞模式下調(diào)用,，都會返回WSAEWOULDBLOCK錯誤,。例如，以非阻塞模式的套接字為參數(shù)調(diào)用bind()函數(shù)時,，就不會返回該錯誤代碼,。當然，在調(diào)用WSAStartup()函數(shù)時更不會返回該錯誤代碼,，因為該函數(shù)是應用程序第一調(diào)用的函數(shù),，當然不會返回這樣的錯誤代碼,。

    要將套接字設置為非阻塞模式，除了使用ioctlsocket()函數(shù)之外,，還可以使用WSAAsyncselect()和WSAEventselect()函數(shù),。當調(diào)用該函數(shù)時，套接字會自動地設置為非阻塞方式,。

　　由于使用非阻塞套接字在調(diào)用函數(shù)時,，會經(jīng)常返回WSAEWOULDBLOCK錯誤。所以在任何時候,，都應仔細檢查返回代碼并作好對“失敗”的準備,。應用程序連續(xù)不斷地調(diào)用這個函數(shù)，直到它返回成功指示為止,。上面的程序清單中,，在While循環(huán)體內(nèi)不斷地調(diào)用recv()函數(shù)，以讀入1024個字節(jié)的數(shù)據(jù),。這種做法很浪費系統(tǒng)資源,。

    要完成這樣的操作，有人使用MSG_PEEK標志調(diào)用recv()函數(shù)查看緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)可讀,。同樣,，這種方法也不好。因為該做法對系統(tǒng)造成的開銷是很大的,，并且應用程序至少要調(diào)用recv()函數(shù)兩次,，才能實際地讀入數(shù)據(jù)。較好的做法是,，使用套接字的“I/O模型”來判斷非阻塞套接字是否可讀可寫,。

    非阻塞模式套接字與阻塞模式套接字相比，不容易使用,。使用非阻塞模式套接字,，需要編寫更多的代碼，以便在每個Windows Sockets API函數(shù)調(diào)用中,，對收到的WSAEWOULDBLOCK錯誤進行處理,。因此，非阻塞套接字便顯得有些難于使用,。

    但是,，非阻塞套接字在控制建立的多個連接，在數(shù)據(jù)的收發(fā)量不均,，時間不定時,，明顯具有優(yōu)勢。這種套接字在使用上存在一定難度，但只要排除了這些困難,，它在功能上還是非常強大的,。通常情況下，可考慮使用套接字的“I/O模型”,，它有助于應用程序通過異步方式,，同時對一個或多個套接字的通信加以管理。

IO復用模型：

             簡介：主要是select和epoll,；對一個IO端口,，兩次調(diào)用，兩次返回,，比阻塞IO并沒有什么優(yōu)越性,；關鍵是能實現(xiàn)同時對多個IO端口進行監(jiān)聽；

      I/O復用模型會用到select,、poll,、epoll函數(shù),，這幾個函數(shù)也會使進程阻塞,，但是和阻塞I/O所不同的的，這兩個函數(shù)可以同時阻塞多個I/O操作,。而且可以同時對多個讀操作,，多個寫操作的I/O函數(shù)進行檢測，直到有數(shù)據(jù)可讀或可寫時,，才真正調(diào)用I/O操作函數(shù),。

信號驅(qū)動IO

    簡介：兩次調(diào)用，兩次返回,；

    首先我們允許套接口進行信號驅(qū)動I/O,并安裝一個信號處理函數(shù),，進程繼續(xù)運行并不阻塞。當數(shù)據(jù)準備好時,，進程會收到一個SIGIO信號,，可以在信號處理函數(shù)中調(diào)用I/O操作函數(shù)處理數(shù)據(jù)。

異步IO模型

         簡介：數(shù)據(jù)拷貝的時候進程無需阻塞,。

     當一個異步過程調(diào)用發(fā)出后,，調(diào)用者不能立刻得到結果。實際處理這個調(diào)用的部件在完成后,，通過狀態(tài),、通知和回調(diào)來通知調(diào)用者的輸入輸出操作

同步IO引起進程阻塞，直至IO操作完成,。
異步IO不會引起進程阻塞,。
IO復用是先通過select調(diào)用阻塞。

5個I/O模型的比較：

3. select、poll,、epoll簡介

epoll跟select都能提供多路I/O復用的解決方案,。在現(xiàn)在的Linux內(nèi)核里有都能夠支持，其中epoll是Linux所特有,，而select則應該是POSIX所規(guī)定,，一般操作系統(tǒng)均有實現(xiàn)

select：

select本質(zhì)上是通過設置或者檢查存放fd標志位的數(shù)據(jù)結構來進行下一步處理。這樣所帶來的缺點是：

1,、 單個進程可監(jiān)視的fd數(shù)量被限制,，即能監(jiān)聽端口的大小有限。

      一般來說這個數(shù)目和系統(tǒng)內(nèi)存關系很大,，具體數(shù)目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,。32位機默認是1024個。64位機默認是2048.

2,、 對socket進行掃描時是線性掃描,，即采用輪詢的方法，效率較低：

       當套接字比較多的時候,，每次select()都要通過遍歷FD_SETSIZE個Socket來完成調(diào)度,不管哪個Socket是活躍的,都遍歷一遍,。這會浪費很多CPU時間。如果能給套接字注冊某個回調(diào)函數(shù),，當他們活躍時,，自動完成相關操作，那就避免了輪詢,，這正是epoll與kqueue做的,。

3、需要維護一個用來存放大量fd的數(shù)據(jù)結構,，這樣會使得用戶空間和內(nèi)核空間在傳遞該結構時復制開銷大

poll：

poll本質(zhì)上和select沒有區(qū)別,，它將用戶傳入的數(shù)組拷貝到內(nèi)核空間，然后查詢每個fd對應的設備狀態(tài),，如果設備就緒則在設備等待隊列中加入一項并繼續(xù)遍歷,，如果遍歷完所有fd后沒有發(fā)現(xiàn)就緒設備，則掛起當前進程,，直到設備就緒或者主動超時,，被喚醒后它又要再次遍歷fd。這個過程經(jīng)歷了多次無謂的遍歷,。

它沒有最大連接數(shù)的限制,，原因是它是基于鏈表來存儲的，但是同樣有一個缺點：

1,、大量的fd的數(shù)組被整體復制于用戶態(tài)和內(nèi)核地址空間之間,，而不管這樣的復制是不是有意義,。                                                                                                                                      2、poll還有一個特點是“水平觸發(fā)”,，如果報告了fd后,，沒有被處理，那么下次poll時會再次報告該fd,。

epoll支持水平觸發(fā)和邊緣觸發(fā),，最大的特點在于邊緣觸發(fā)，它只告訴進程哪些fd剛剛變?yōu)榫托钁B(tài),，并且只會通知一次,。還有一個特點是，epoll使用“事件”的就緒通知方式,，通過epoll_ctl注冊fd,，一旦該fd就緒，內(nèi)核就會采用類似callback的回調(diào)機制來激活該fd,，epoll_wait便可以收到通知

epoll的優(yōu)點：

1、支持一個進程所能打開的最大連接數(shù)

2,、FD劇增后帶來的IO效率問題

3,、 消息傳遞方式

總結：

綜上,，在選擇select，poll,，epoll時要根據(jù)具體的使用場合以及這三種方式的自身特點,。

1、表面上看epoll的性能最好,，但是在連接數(shù)少并且連接都十分活躍的情況下,，select和poll的性能可能比epoll好，畢竟epoll的通知機制需要很多函數(shù)回調(diào),。

2,、select低效是因為每次它都需要輪詢。但低效也是相對的,，視情況而定,，也可通過良好的設計改善