多路复用及同步、异步和阻塞、非阻塞

今天查询了很多关于多路复用之类的资料，特浅陋整理一下，有助于记忆。

其实这些概念都仅仅是实践中的概念而已，没必要理论是的加以定义，但也要是自己弄清楚，才能明确这些术语的应用场景。

1、同步和异步I/O

弄清这些概念，先从Reactor和Proactor这两个模式说起，网上的介绍很多，自己也没有什么时间仔细的分析、学习具体的模式内容和代码，这里只是讲讲他们的共同点和不同点。

共同点：依赖于Event Demultiplexer，I/O事件发生后都需要callback handler；

不同点：Reactor callback handler说明I/O就绪，可以进行相关操作（read/write），由相关处理器来完成实际操作，这就是同步I/O

                 Proactor callback handler说明I/O已经完成相关操作，处理器不需要再操心I/O的read或write了，这就是异步I/O

2、明确了同步和异步I/O如何划分之后，然后要搞清楚什么是 多路复用，这里又涉及到阻塞和非阻塞等。

（1）同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的，同步指的是Application（用户应用程序/用户进程）触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪，而异步是指Application触发IO操作以后便开始做自己的事情，而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知。

（2）阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式，阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，而非阻塞方式下，读取或者写入函数会立即返回一个状态值。

阻塞式

非阻塞式

（3）多路复用是同步非阻塞I/O，即Synchronous I/O Multiplexing，它是利用单独的线程（内核级）统一监测所有Socket，一旦某个Socket有了I/O数据，则启动相应的Application处理，在select和poll中利用轮询socket句柄的方式来实现监测socket中是否有I/O数据到达，这种方式有开销，epoll等则改进了这种方式，利用底层notify机制，即Reactor方式来监测，Java NIO也是采用这种机制。这里需要注意，其实多路复用还是有阻塞的（这个阻塞并非以上定义的阻塞，这里指Socket无I/O数据时还是被wait，此外当使用select函数copy I/O数据入Application Buffer时，Application还是被阻塞的），不影响它属于非阻塞，轮询始终会立即有返回值，而传统的同步阻塞I/O（Application被阻塞，直到I/O操作完成才有返回值方能继续执行其他操作）为了解决并发访问问题，不能因为处理一个客户端的请求，使其它客户端长时间等候，而去为每一个客户端创建一个Thread，而大部分时间这些Thread都需要等待I/O数据而“休息中”，造成资源浪费，也增加了CPU负担，多路复用很好的解决了这个问题。

（4）以下引自http://blog.csdn.net/shallwake/article/details/5265287

I/O multiplexing (select and poll) 
最常见的I/O复用模型，select。(注：为什么没有轮询呢？struct timeval *timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。）

signal driven I/O (SIGIO) 
只有UNIX系统支持，感兴趣的课查阅相关资料

asynchronous I/O (the POSIX aio_functions) 
很少有*nix系统支持，windows的IOCP则是此模型

下面是以上五种模型的比较