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前言
线程模型也是后端面试中的重中之重，通常在铺垫完IO概念后就开始对IO模型进行疯狂轰炸，这波整理一下IO模型相关的东西。
IO读写原理
- 用户进程层面的IO对应到底层可以简单区分成两块。
- read系统调用指的是将数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区
- write系统调用指的是把数据从进程缓冲区复制到内核缓冲区
阻塞与非阻塞、异步与同步
- 阻塞：用户线程一直等待内核IO准备好数据，这期间什么都不干。
- 非阻塞：用户线程拿到内核返回的状态就直接返回自己的空间，内核IO准备好了就干，没准备好可以被调度去干别的事情。
- 同步IO：用户线程和内核线程的交互，用户空间线程是主动发起IO请求的一方，内核空间是被动接收的一方
- 异步IO：与上面刚好相反，内核空间是主动发起IO请求的一方，用户空间的线程是被动接受IO状态方。
阻塞IO模型
阻塞IO，按字面意思顾名思义，当用户发生系统调用读取数据，线程从用户态转换为内核态，如果当前线程发现内核数据并没有准备好，会一直阻塞到数据准备好，直到内核空间将数据拷贝到用户进程空间。
整个内核操作分成两个阶段。第一阶段从磁盘硬件中读取数据，第二阶段从内核把数据拷贝到用户空间里。阻塞IO会在两个阶段里都阻塞住。
- 特点
- 使用阻塞 IO 时，因为线程会阻塞在准备内核准备数据阶段，需要配置多线程来使用，最常见的模型是阻塞 IO+多线程(线程池)，每个连接一个单独的线程进行处理。疯狂创建线程会导致一个应用程序可以处理的客户端请求受限。面对连接数多的情况，是无法处理。
非阻塞IO模型
- 按照上述对阻塞、非阻塞的描述，非阻塞IO模型核心即用户线程拿到内核返回的状态就直接返回自己的空间。
- 也就是用户空间调用系统调用到内核态时，不需要阻塞到准备好数据而是直接返回用户空间，通过不断轮询判断数据是否准备好，是否需要进入复制数据到用户空间的阶段。
- 特点
- 非阻塞 IO 解决了阻塞 IO每个连接一个线程处理的问题，所以其最大的优点就是 一个线程可以处理多个连接，这也是其非阻塞决定的。
- 但这种模式，也有一个问题，就是需要用户多次发起系统调用。频繁的系统调用是比较消耗系统资源的。
多路复用IO模型
- IO多路复用，用户线程放弃直接进行read或write系统调用，而是通过select、epoll等内核函数，不断轮询内核返回的文件描述符。 整个过程只在调用select、poll、epoll这些调用的时候才会阻塞，accept/recv是不会阻塞
- 简单来说，我目前有 10 个连接，我可以通过一次系统调用将这 10 个连接都丢给内核，让内核告诉我，哪些连接上面数据准备好了，然后我再去读取每个就绪的连接上的数据。
- 因此，IO 多路复用，复用的是系统调用。通过有限次系统调用判断海量连接是否数据准备好了
- 特点
- IO多路复用模型涉及两种系统调用，一种是就绪查询（select/epoll），一种是IO操作。
- 多路复用IO也需要轮询。负责就绪状态查询系统调用的线程，需要不断的进行select/epoll轮询，查找出达到IO操作就绪的socket连接。
异步IO
异步IO模型，其基本流程为：用户线程通过系统调用，向内核注册某个IO操作。内核在整个IO操作（包括数据准备、数据复制）完成后，通知用户程序，执行后续的业务操作。
在异步IO模型中，整个内核的数据处理过程中，包括内核将数据从网络物理设备（网卡）读取到内核缓存区、将内核缓冲区的数据复制到用户缓冲区，用户程序都不需要阻塞。
特点：
- 在内核等待数据和复制数据的两个阶段，用户线程都不是阻塞的。当内核的IO操作（等待数据和复制数据）全部完成后，内核以通知的形式告诉应用程序读数据。
