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、異步的區別

2.4 編程實現

3.參考文獻

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1.什么是I/O編程

IO在計算機中指Input/Output，也就是輸入和輸出。由于程序和運行時數據是在內存中駐留，由CPU這個超快的計算核心來執行，涉及到數據交換的地方，通常是磁盤、網絡等，就需要IO接口。

比如你打開瀏覽器，訪問新浪首頁，瀏覽器這個程序就需要通過網絡IO獲取新浪的網頁。瀏覽器首先會發送數據給新浪服務器，告訴它我想要首頁的HTML，這個動作是往外發數據，叫Output，隨后新浪服務器把網頁發過來，這個動作是從外面接收數據，叫Input。所以，通常，程序完成IO操作會有Input和Output兩個數據流。當然也有只用一個的情況，比如，從磁盤讀取文件到內存，就只有Input操作，反過來，把數據寫到磁盤文件里，就只是一個Output操作。

IO編程中，Stream（流）是一個很重要的概念，可以把流想象成一個水管，數據就是水管里的水，但是只能單向流動。Input Stream就是數據從外面（磁盤、網絡）流進內存，Output Stream就是數據從內存流到外面去。對于瀏覽網頁來說，瀏覽器和新浪服務器之間至少需要建立兩根水管，才可以既能發數據，又能收數據。

小結一下，程序運行是依靠cpu和內存來進行的，I/O操作是相對于內存而言的，從外部設備進入內存就叫Input,反之從內存輸出到外部設備就叫Output.?
I/O按照設備來分的話，分為兩種，其一是網絡I/O，也就是通過網絡進行數據的拉取和輸出。還有一種是磁盤I/O,主要是對磁盤進行讀寫工作。?

2.阻塞、非阻塞、同步、異步分析

由于CPU和內存的速度遠遠高于外設的速度，所以，在IO編程中，就存在速度嚴重不匹配的問題。舉個例子來說，比如要把100M的數據寫入磁盤，CPU輸出100M的數據只需要0.01秒，可是磁盤要接收這100M數據可能需要10秒，怎么辦呢？?
這就牽扯出來了同步、異步、阻塞與非阻塞這些概念。

舉一個燒水的例子來具體解釋這幾個概念。?
說到燒水，我們都是通過熱水壺來燒水的。在很久之前，科技還沒有這么發達的時候，如果我們要燒水，需要把水壺放到火爐上，我們通過觀察水壺內的水的沸騰程度來判斷水有沒有燒開。

隨著科技的發展，現在市面上的水壺都有了提醒功能，當我們把水壺插電之后，水壺水燒開之后會通過聲音提醒我們水開了。

2.1 什么是同步、異步

對于燒水這件事兒來說，傳統水壺的燒水就是同步的，高科技水壺的燒水就是異步的。

同步請求，A調用B，B的處理是同步的，在處理完之前他不會通知A，只有處理完之后才會明確的通知A。

異步請求，A調用B，B的處理是異步的，B在接到請求后先告訴A我已經接到請求了，然后異步去處理，處理完之后通過回調等方式再通知A。

所以說，同步和異步最大的區別就是被調用方的執行方式和返回時機。同步指的是被調用方做完事情之后再返回，異步指的是被調用方先返回，然后再做事情，做完之后再想辦法通知調用方。

2.2 什么是阻塞和非阻塞

還是那個燒水的例子，當你把水放到水壺里面，按下開關后，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，等著水開就好了。

對于你來說，坐在水壺前面等就是阻塞的，去客廳看電視等著水開就是非阻塞的。

阻塞請求，A調用B，A一直等著B的返回，別的事情什么也不干。

非阻塞請求，A調用B，A不用一直等著B的返回，先去忙別的事情了。

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

2.3 阻塞、非阻塞和同步、異步的區別

有人認為阻塞和同步是一回事兒，非阻塞和異步是一回事。但是這是不對的。

首先，前面已經提到過，阻塞、非阻塞和同步、異步其實針對的對象是不一樣的。阻塞、非阻塞說的是調用者，同步、異步說的是被調用者。

針對于上文所說的燒水的案例來說，阻塞與非阻塞是形容調用者人的，而同步和異步是形容被調用者燒水這件事兒。?
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。?

先來看同步場景中是如何包含阻塞和非阻塞情況的

我們是用傳統的水壺燒水。在水燒開之前我們一直做在水壺前面，等著水開。這就是阻塞的。
我們是用傳統的水壺燒水。在水燒開之前我們先去客廳看電視了，但是水壺不會主動通知我們，需要我們時不時的去廚房看一下水有沒有燒開。這就是非阻塞的。
再來看異步場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燒水。在水燒發出提醒之前我們一直做在水壺前面，等著水開。這就是阻塞的。
我們是用帶有提醒功能的水壺燒水。在水燒發出提醒之前我們先去客廳看電視了，等水壺發出聲音提醒我們。這就是非阻塞的。

2.4 編程實現

在真實的編程環境中，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，數據的讀取寫入必須阻塞在一個線程內等待其完成。

NIO （New I/O）：同時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解釋這三種I/O模型

BIO （Blocking I/O）：有一排水壺在燒開水，BIO的工作模式就是，叫一個線程停留在一個水壺那，直到這個水壺燒開，才去處理下一個水壺。但是實際上線程在等待水壺燒開的時間段什么都沒有做。

NIO （New I/O）：NIO的做法是叫一個線程不斷的輪詢每個水壺的狀態，看看是否有水壺的狀態發生了改變，從而進行下一步的操作。

AIO （ Asynchronous I/O）：為每個水壺上面裝了一個開關，水燒開之后，水壺會自動通知我水燒開了。

3.參考文獻

廖雪峰官方文檔
微信公眾號：漫話編程
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總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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