通过IO模型带来的思考

简介: ### IO模型 对于IO,我们经常可以听到诸如同步阻塞IO,同步非阻塞IO,异步IO等等,那么什么是异步/同步,什么是阻塞/非阻塞?首先一次IO在UNIX系统中分为两个步骤 **1.发起IO请求:**用户线程向操作系统内核发起IO请求 **2.执行IO操作:**当内核准备好数据可以提交给发起IO请求的线程 阻塞/非阻塞的区别:发起IO请求之后会一直等待直到获取数据则是阻塞

IO模型

对于IO,我们经常可以听到诸如同步阻塞IO,同步非阻塞IO,异步IO等等,那么什么是异步/同步,什么是阻塞/非阻塞?首先一次IO在UNIX系统中分为两个步骤

1.发起IO请求:用户线程向操作系统内核发起IO请求

2.执行IO操作:当内核准备好数据可以提交给发起IO请求的线程

阻塞/非阻塞的区别:发起IO请求之后会一直等待直到获取数据则是阻塞,否则是非阻塞

同步/异步的区别:获取到的数据是自己主动拿到的则是同步,是被动拿到的则是异步

下面我用取快递这个例子来介绍一下UNIX的五种IO模型

众所周知吸管喝饮料分为两个步骤:1.打开快递柜(发起IO请求),2.取走快递(执行IO操作)

同步&阻塞IO

打开快递柜(发起IO请求),如果快递柜里没有东西(内核没有准备好数据),则一直等在快递柜旁等快递来(阻塞直到内核准备好数据),快递柜有了快递则取走(用户线程读取内核中的数据)。

整个流程除了拿快递,等快递不能做其他事

同步&非阻塞IO

打开快递柜(发起IO请求),如果快递柜里没有东西(内核没有准备好数据),则马上做其他事情每隔一段时间就去快递柜里打开看看是否有快递(轮询内核是否准备好数据),快递柜有了快递则取走(用户线程读取内核中的数据)。

尽管这个模型相对同步阻塞IO效率有一定提升,但是大量的无用轮询造成了CPU的空转,很少使用这种IO模型

同步&多路复用IO

需要同时取N个快递,派一个人帮你监视快递柜,告诉他你想要哪个快递比如告诉他我要天猫的快递,然后这个监视者一直站在快递柜旁边等待天猫快递到来并签收,我们只需要向这个监视者拿快递就行了。

这个模型中,监视者就是我们Java NIO中的Selector,一个线程阻塞同时监管多个线程连接状态,返回给调用者连接状态满足所注册的状态条件连接线程。

同步&信号驱动IO

在快递柜上写上自己的手机号(回调函数),当快递送过来的时候直接给我打电话(执行回调函数),然后我去取快递。

异步IO

假设收快递的是一个国王,只需要叫一声 我想要收到我的快递,剩下的都不用国王自己操心了,会派人去快递柜门口等快递,然后会有人帮忙把快递送到手上(用户线程)

思考

其实同步异步/阻塞非阻塞并非只是在计算机的世界里有,在互联网时代,大部分的场景都在经历IO模型之间的转变

网购/外卖:就是一种异步IO,商品(数据)从卖家/餐厅(内核态)被送货员送到家(线程态),传统的从家里到餐厅然后吃饭,吃了回家,就是一种典型的同步阻塞IO。

滴滴打车:是一种信号驱动IO,在滴滴上下单过后就只需等待滴滴软件提示(回调函数)已经分配好司机并且正在来接你。传统的方式则是自己要在路口等出租车/公交车,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发出去就不用管了,一段时间去看看对方是否有回复(轮询)。而传统的打电话则要确保对方接听并将信息告知对方,同步阻塞IO。

种植业:多路复用IO,比如farmer每天去看果园哪些苹果红了(满足注册的条件)就将红苹果收下来。如果种植业机械化程度够高,则可以变成异步IO的模式,种植,浇水,收割全部由机器完成。

等等

社会上所有能够提升效率的场景,基本可以用IO模型去进行思考,演进过程也大致是从同步—》异步,阻塞—》非阻塞

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