目錄

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1.什么是I/O編程

2.阻塞、非阻塞、同步、異步分析

2.1 什么是同步、異步

2.2 什么是阻塞和非阻塞

2.3 阻塞、非阻塞和同步、異步的區(qū)別

2.4 編程實(shí)現(xiàn)

3.參考文獻(xiàn)

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1.什么是I/O編程

IO在計(jì)算機(jī)中指Input/Output，也就是輸入和輸出。由于程序和運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)是在內(nèi)存中駐留，由CPU這個(gè)超快的計(jì)算核心來(lái)執(zhí)行，涉及到數(shù)據(jù)交換的地方，通常是磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)等，就需要IO接口。

比如你打開(kāi)瀏覽器，訪(fǎng)問(wèn)新浪首頁(yè)，瀏覽器這個(gè)程序就需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)IO獲取新浪的網(wǎng)頁(yè)。瀏覽器首先會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)給新浪服務(wù)器，告訴它我想要首頁(yè)的HTML，這個(gè)動(dòng)作是往外發(fā)數(shù)據(jù)，叫Output，隨后新浪服務(wù)器把網(wǎng)頁(yè)發(fā)過(guò)來(lái)，這個(gè)動(dòng)作是從外面接收數(shù)據(jù)，叫Input。所以，通常，程序完成IO操作會(huì)有Input和Output兩個(gè)數(shù)據(jù)流。當(dāng)然也有只用一個(gè)的情況，比如，從磁盤(pán)讀取文件到內(nèi)存，就只有Input操作，反過(guò)來(lái)，把數(shù)據(jù)寫(xiě)到磁盤(pán)文件里，就只是一個(gè)Output操作。

IO編程中，Stream（流）是一個(gè)很重要的概念，可以把流想象成一個(gè)水管，數(shù)據(jù)就是水管里的水，但是只能單向流動(dòng)。Input Stream就是數(shù)據(jù)從外面（磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)）流進(jìn)內(nèi)存，Output Stream就是數(shù)據(jù)從內(nèi)存流到外面去。對(duì)于瀏覽網(wǎng)頁(yè)來(lái)說(shuō)，瀏覽器和新浪服務(wù)器之間至少需要建立兩根水管，才可以既能發(fā)數(shù)據(jù)，又能收數(shù)據(jù)。

小結(jié)一下，程序運(yùn)行是依靠cpu和內(nèi)存來(lái)進(jìn)行的，I/O操作是相對(duì)于內(nèi)存而言的，從外部設(shè)備進(jìn)入內(nèi)存就叫Input,反之從內(nèi)存輸出到外部設(shè)備就叫Output.?
I/O按照設(shè)備來(lái)分的話(huà)，分為兩種，其一是網(wǎng)絡(luò)I/O，也就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的拉取和輸出。還有一種是磁盤(pán)I/O,主要是對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)工作。?

2.阻塞、非阻塞、同步、異步分析

由于CPU和內(nèi)存的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外設(shè)的速度，所以，在IO編程中，就存在速度嚴(yán)重不匹配的問(wèn)題。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，比如要把100M的數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)，CPU輸出100M的數(shù)據(jù)只需要0.01秒，可是磁盤(pán)要接收這100M數(shù)據(jù)可能需要10秒，怎么辦呢？?
這就牽扯出來(lái)了同步、異步、阻塞與非阻塞這些概念。

舉一個(gè)燒水的例子來(lái)具體解釋這幾個(gè)概念。?
說(shuō)到燒水，我們都是通過(guò)熱水壺來(lái)燒水的。在很久之前，科技還沒(méi)有這么發(fā)達(dá)的時(shí)候，如果我們要燒水，需要把水壺放到火爐上，我們通過(guò)觀察水壺內(nèi)的水的沸騰程度來(lái)判斷水有沒(méi)有燒開(kāi)。

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在市面上的水壺都有了提醒功能，當(dāng)我們把水壺插電之后，水壺水燒開(kāi)之后會(huì)通過(guò)聲音提醒我們水開(kāi)了。

2.1 什么是同步、異步

對(duì)于燒水這件事兒來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)水壺的燒水就是同步的，高科技水壺的燒水就是異步的。

同步請(qǐng)求，A調(diào)用B，B的處理是同步的，在處理完之前他不會(huì)通知A，只有處理完之后才會(huì)明確的通知A。

異步請(qǐng)求，A調(diào)用B，B的處理是異步的，B在接到請(qǐng)求后先告訴A我已經(jīng)接到請(qǐng)求了，然后異步去處理，處理完之后通過(guò)回調(diào)等方式再通知A。

所以說(shuō)，同步和異步最大的區(qū)別就是被調(diào)用方的執(zhí)行方式和返回時(shí)機(jī)。同步指的是被調(diào)用方做完事情之后再返回，異步指的是被調(diào)用方先返回，然后再做事情，做完之后再想辦法通知調(diào)用方。

2.2 什么是阻塞和非阻塞

還是那個(gè)燒水的例子，當(dāng)你把水放到水壺里面，按下開(kāi)關(guān)后，你可以坐在水壺前面，別的事情什么都不做，一直等著水燒好。你還可以先去客廳看電視，等著水開(kāi)就好了。

對(duì)于你來(lái)說(shuō)，坐在水壺前面等就是阻塞的，去客廳看電視等著水開(kāi)就是非阻塞的。

阻塞請(qǐng)求，A調(diào)用B，A一直等著B(niǎo)的返回，別的事情什么也不干。

非阻塞請(qǐng)求，A調(diào)用B，A不用一直等著B(niǎo)的返回，先去忙別的事情了。

所以說(shuō)，同步和異步最大的區(qū)別就是在被調(diào)用方返回結(jié)果之前的這段時(shí)間內(nèi)，調(diào)用方是否一直等待。阻塞指的是調(diào)用方一直等待別的事情什么都不做。非阻塞指的是調(diào)用方先去忙別的事情。

2.3 阻塞、非阻塞和同步、異步的區(qū)別

有人認(rèn)為阻塞和同步是一回事兒，非阻塞和異步是一回事。但是這是不對(duì)的。

首先，前面已經(jīng)提到過(guò)，阻塞、非阻塞和同步、異步其實(shí)針對(duì)的對(duì)象是不一樣的。阻塞、非阻塞說(shuō)的是調(diào)用者，同步、異步說(shuō)的是被調(diào)用者。

針對(duì)于上文所說(shuō)的燒水的案例來(lái)說(shuō)，阻塞與非阻塞是形容調(diào)用者人的，而同步和異步是形容被調(diào)用者燒水這件事兒。?
同步里面可以有阻塞的情形，也可以有非阻塞的性情。異步也可以有阻塞的情形和非阻塞的情形。?

先來(lái)看同步場(chǎng)景中是如何包含阻塞和非阻塞情況的

我們是用傳統(tǒng)的水壺?zé)Ｔ谒疅_(kāi)之前我們一直做在水壺前面，等著水開(kāi)。這就是阻塞的。
我們是用傳統(tǒng)的水壺?zé)Ｔ谒疅_(kāi)之前我們先去客廳看電視了，但是水壺不會(huì)主動(dòng)通知我們，需要我們時(shí)不時(shí)的去廚房看一下水有沒(méi)有燒開(kāi)。這就是非阻塞的。
再來(lái)看異步場(chǎng)景中是如何包含阻塞和非阻塞情況的

我們是用帶有提醒功能的水壺?zé)Ｔ谒疅l(fā)出提醒之前我們一直做在水壺前面，等著水開(kāi)。這就是阻塞的。
我們是用帶有提醒功能的水壺?zé)Ｔ谒疅l(fā)出提醒之前我們先去客廳看電視了，等水壺發(fā)出聲音提醒我們。這就是非阻塞的。

2.4 編程實(shí)現(xiàn)

在真實(shí)的編程環(huán)境中，阻塞、非阻塞和同步、異步之間的組合并不是都存在的。

在Java語(yǔ)言中，一共提供了三種IO模型，分別是阻塞IO（BIO）、非阻塞IO（NIO）、異步IO（AIO）。

這里面的BIO和NIO都是同步的IO模型，即同步阻塞IO和同步非阻塞IO，異步IO指的是異步非阻塞IO。

BIO （Blocking I/O）：同步阻塞I/O模式，數(shù)據(jù)的讀取寫(xiě)入必須阻塞在一個(gè)線(xiàn)程內(nèi)等待其完成。

NIO （New I/O）：同時(shí)支持阻塞與非阻塞模式，但主要是使用同步非阻塞IO。

AIO （Asynchronous I/O）：異步非阻塞I/O模型。

可以拿燒水的例子來(lái)解釋這三種I/O模型

BIO （Blocking I/O）：有一排水壺在燒開(kāi)水，BIO的工作模式就是，叫一個(gè)線(xiàn)程停留在一個(gè)水壺那，直到這個(gè)水壺?zé)_(kāi)，才去處理下一個(gè)水壺。但是實(shí)際上線(xiàn)程在等待水壺?zé)_(kāi)的時(shí)間段什么都沒(méi)有做。

NIO （New I/O）：NIO的做法是叫一個(gè)線(xiàn)程不斷的輪詢(xún)每個(gè)水壺的狀態(tài)，看看是否有水壺的狀態(tài)發(fā)生了改變，從而進(jìn)行下一步的操作。

AIO （ Asynchronous I/O）：為每個(gè)水壺上面裝了一個(gè)開(kāi)關(guān)，水燒開(kāi)之后，水壺會(huì)自動(dòng)通知我水燒開(kāi)了。

3.參考文獻(xiàn)

廖雪峰官方文檔
微信公眾號(hào)：漫話(huà)編程
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的IO中的阻塞、非阻塞、同步、异步概念分析详解的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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