也谈阻塞、非阻塞、同步、异步

最近在招聘中，聊到基础的网络编程的时候，发现不少人对BIO、NIO、AIO等理解非常模糊，觉得有必要写文章来纠正下很多人的误解。 
在谈这些之前，非常有必要先介绍下Unix 5种IO模型： 
阻塞： 
阻塞是最常用的IO模型，默认情况下所有的文件操作都是阻塞的。以套接字编程为例。在进程空间中调用recvfrom，其系统调用直到数据报文到达且被拷贝到应用程序进程的缓存区（或者发生错误）后才返回，期间一直在等待。进程在从调用recvfrom开始到它返回的整段时间内是被阻塞的。有一张很经典的图： 
 
非阻塞： 
调用recvfrom从应用层到内核的过程中，如果该缓冲区没有数据的话，则直接返回一个EWOULDBLOCK的错误，一般会轮询的进行检查状态，看内核空间有没有数据来。直到有数据，最后完成拷贝。如下图： 
 
IO多路复用： 
Linux系统提供的select/poll/epoll，进程将一个或者多个FD（文件描述符）传递给一个或者多个poll/select系统调用，阻塞在select。select和poll可以帮助侦听很多的FD是否准备就绪。但是，select和poll是顺序扫描去检查FD的就绪状态，效率比较低，而且支持的FD数量有限（没记错的话，默认好像是1024还是2048，具体记不清）。而epoll是通过事件驱动的方式，当有FD准备就绪的时候，立即回调函数rollback。如图： 
 
谈到epoll，不得不提一个经典的问题，apache和nginx的对比，为什么nginx比apache效率高很多，这就是根本的原因。 
信号驱动： 
这种模型在实际应用的非常少，这里不做过多介绍，可以看图： 
 
异步： 
告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后（包括将数据从内核空间拷贝到自己的缓冲区）通知。异步IO的主要特点是完成操作后主动通知。如图： 

好，上面的可能有点抽象。下面用通俗点的语言来总结一下阻塞，非阻塞，同步，异步。
阻塞，非阻塞：进程/线程要访问的数据是否就绪，进程/线程是否需要等待； 
同步，异步：访问数据的方式，同步需要主动读写数据，在读写数据的过程中还是会阻塞； 
异步只需要I/O操作完成的通知，并不主动读写数据，由操作系统内核完成数据的读写。 
再举个网上流传的，非常容易理解的例子： 
老张爱喝茶，废话不说，煮开水。 
出场人物：老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。 
1 老张把水壶放到火上，立等水开。（同步阻塞）老张觉得自己有点傻 
2 老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞） 
老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。 
3 老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞）老张觉得这样傻等意义不大 
4 老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）老张觉得自己聪明了。 
所谓同步异步，只是对于水壶而言。普通水壶，同步；响水壶，异步。虽然都能干活，但响水壶可以在自己完工之后，提示老张水开了。这是普通水壶所不能及的。 
同步只能让调用者去轮询自己（情况2中），造成老张效率的低下。所谓阻塞非阻塞，仅仅对于老张而言。立等的老张， 
阻塞；看电视的老张，非阻塞。情况1和情况3中老张就是阻塞的，媳妇喊他都不知道。 
虽然3中响水壶是异步的，可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的，这样才能发挥异步的效用。