谈谈 IO 模型、NIO 和多路复用

一共有五种IO模型

• 阻塞IO模型
• 非阻塞IO模型
• IO多路复用模型
• IO模型之信号驱动模型
• IO 模型之异步IO(AIO)

NIO（非阻塞IO模型）

NIO，即Non-Blocking IO，是非阻塞IO模型。非阻塞IO的流程如下：

1. 应用进程向操作系统内核，发起recvfrom读取数据。
2. 操作系统内核数据没有准备好，立即返回EWOULDBLOCK错误码。
3. 应用程序进程轮询调用，继续向操作系统内核发起recvfrom读取数据。
4. 操作系统内核数据准备好了，从内核缓冲区拷贝到用户空间。
5. 完成调用，返回成功提示。

NIO(非阻塞IO模型)存在性能问题，即频繁的轮询，导致频繁的系统调用，同样会消耗大量的CPU资源。可以考虑IO复用模型去解决这个问题。

IO多路复用模型

IO多路复用就是，等到内核数据准备好了，主动通知应用进程再去进行系统调用。

IO复用模型核心思路：系统给我们提供一类函数（如我们耳濡目染的select、poll、epoll函数），它们可以同时监控多个fd的操作，任何一个返回内核数据就绪，应用进程再发起recvfrom系统调用。

IO多路复用之select

应用进程通过调用select函数，可以同时监控多个fd，在select函数监控的fd中，只要有任何一个数据状态准备就绪了，select函数就会返回可读状态，这时应用进程再发起recvfrom请求去读取数据。

非阻塞IO模型（NIO）中，需要N（N>=1）次轮询系统调用，然而借助select的IO多路复用模型，只需要发起一次询问就够了,大大优化了性能。

但是呢，select有几个缺点：

• 监听的IO最大连接数有限，在Linux系统上一般为1024。
• select函数返回后，是通过遍历fdset，找到就绪的描述符fd。（仅知道有I/O事件发生，却不知是哪几个流，所以遍历所有流）

因为存在连接数限制，所以后来又提出了poll。与select相比，poll解决了连接数限制问题。但是呢，select和poll一样，还是需要通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。如果同时连接的大量客户端，在一时刻可能只有极少处于就绪状态，伴随着监视的描述符数量的增长，效率也会线性下降。