为什么叫做重叠端口？

其实这个标题有点“标题党”的味道，为了大家搜索方便我故意冠以IOCP编程之名，其实重叠IO编程并不一定需要IOCP，而IOCP编程就一定需要重叠IO。是不是已经被这句话给绕晕了？总之是为了更好的应用IOCP，所以要理解重叠IO。这篇文章的核心就是讨论重叠IO的来龙去脉。

在很久很久以前，在用C语言写DOS程序的年代，就有了很完整的IO标准库支撑，printf输出字符到屏幕，fopen，fwrite，fread等操作文件，甚至还有一些函数可以在屏幕上绘图，到了Windows时代，有了API，当然输出到屏幕的函数被GUI GDI的API代替，而文件的操作就被CreateFile、WriteFile、ReadFile等代替，在使用这些函数时，其实很多时候我们会感觉到“慢”，为什么呢？因为它们的工作方式就是等待输入或输出操作结束后才返回，而这些IO设备通常都是些慢的要死的设备，等它们完成工作再返回，通常CPU都打瞌睡了。

当然有些程序可以没有明显的屏幕输入输出操作，可是不同硬盘打交道的软件就很少了。假如访问硬盘比较频繁时，可以明显感觉到程序的性能下降。比如，为一个程序挂接了一个朝磁盘文件写入日志的功能，结果往往会发现，当打开日志时，程序就会慢的像蜗牛一样，而关闭日志系统一切又正常了，这时磁盘日志功能因为速度问题而变成了鸡肋。

上面说的工作方式，其实是一种被Windows系统称之为“同步”的方式，也就是说你的程序工作的步骤和那些慢速的IO设备是一致的，IO设备要多长时间完成操作，你的程序就要多长时间完成操作。这听起来有点恐怖，但似乎好像这又是合理的。其实这并不合理，比如还是那个磁盘日志系统，往往在写入日志记录的时候，根本不用等待这个写入的完成，程序逻辑可以自由的继续往下执行。其实大多数情形下，都会自然的希望程序这样去执行IO操作。

当然Windows平台也考虑到了这种情况，所以就提供了一种称之为“重叠IO”的操作方式来“异步”操作IO，目前支持重叠IO操作的系统对象除了文件，还有管道、串口、甚至SOCKET都可以用这种方式来操作。

具体的在Windows平台上，异步IO的原理其实比较简单，就是你调用完IO函数后，函数会立即返回，你的程序或者说当前线程会继续往下执行，而你需要建立一个“可警告（alert able）”的线程来等待接收IO操作完成的通知。这样调用IO函数与IO函数的完成返回就成了“异步”方式执行。对于调用者来说，它的目标就集中到了整个程序逻辑的合理性问题上，而不用去关心IO操作的结果。

当然也有些情况下，还是需要知道IO操作完成的结果，比如读取图片文件，然后显示，乍一想貌似这种情况使用“异步”方式是不很合理的，其实这时也完全可以用异步方式来操作，并提高一定的性能。假设需要显示的不止一张图片，那么就可以将所有的读取操作一次性调用完成，可能是几十个，也可能是几百个，然后在IO操作完成的回调函数中按照图片位置，做相应的显示即可。

虽然可以很容易的理解重叠IO的异步工作特性，但是对于这个奇怪的名字估计很多人还是比较迷惑的，为什么叫重叠呢？为什么不直接叫异步IO呢？其实这个名字正好显示了这种IO操作方式的精髓“重叠”。

其实能够理解重叠IO的异步特性或者原理，只是理解了它的一部分，或者说只是个表象。要理解重叠，就首先让我们回到那个磁盘日志系统上来，假设这是一个写入比较频繁的日志系统（其实很多日志系统都是如此），如前所述如果用“同步”的方式来写入，那么性能就会很低下，而如果要用“异步”方式操作，那么是不是需要等待一个完成通知之后，再进行下一个写入呢（这是很多初学者容易迷惑的地方）？其实不是，这里就是重叠的意思了，也就是说，你不必等到某个IO操作完成，就可以调用下一个IO操作，而这些IO操作可以被看做是堆叠在一起，等待完成，这就是重叠IO的真谛。这些“重叠”在一起的IO操作，将按照一定的顺序被完成，但是它们的完成通知并不是严格按照顺序回调，尤其是在多线程环境中，回调基本是随机的。调用顺序，和完成回调顺序是完全不同的两个概念，这一点一定要区别清楚。

理解了原理，就让我们具体来看看重叠IO如何编程。关于IOCP调用重叠IO的例子，可以参看本人博客中其他几篇关于IOCP的文章。

要想重叠IO就首先要有一个重叠结构，这个结构被命名做OVERLAPPED，如果你看到某个API函数参数中有这个字眼，你基本就可以确定这个函数是可以“重叠”操作的。当然要让某个系统对象打开重叠IO的特性，就需要在创建该对象时明确指定一些标志。 比如调用CreateFile、CreateNamePipe、WSASocket等。

重叠IO的完成通知有两种方式可以得到，一种是通过传递一个Event内核对象的句柄，另一种就是传递一个回调函数的指针。