大厂面试真题-说说同步IO异步IO以及BIO、NIO、AIO

同步与异步，以及BIO（同步阻塞IO）、NIO（非阻塞IO/多路复用IO）、AIO（异步IO）是计算机编程中处理输入输出（IO）操作的几种重要模型。以下是对它们的简单介绍：

一、同步与异步

1. 同步：

   • 同步IO是指用户空间线程是主动发起IO请求的一方，内核空间是被动接受方。
   • 在同步IO模型中，用户空间程序需要等待IO操作彻底完成才能继续执行。例如，在BIO模型中，当用户线程发起read系统调用时，用户线程会进入阻塞状态，直到内核准备好数据并将其拷贝到用户空间后，用户线程才会解除阻塞并继续执行。

2. 异步：

   • 异步IO则反过来，是指内核kernel是主动发起IO请求的一方，用户线程是被动接受方。
   • 在异步IO模型中，用户空间程序发起IO请求后立即返回，不会等待IO操作完成。当IO操作完成后，操作系统会通知用户空间程序进行相应的后续处理。例如，在AIO模型中，当数据就绪时，操作系统会通知应用程序，而不是由应用程序轮询。

二、BIO（同步阻塞IO）

• 特点：

  • 应用程序发起IO请求后，会一直阻塞，直到内核准备好数据并将其拷贝到用户空间。
  • 简单易用，但阻塞严重，效率低下。

• 适用场景：

  • 适用于客户端连接数量不高、对并发能力要求不高的场景。

三、NIO（非阻塞IO/多路复用IO）

• 特点：

  • 应用程序会一直发起IO请求，但在这个阶段不会阻塞。然而，在数据从内核空间拷贝到用户空间的这段时间里，线程仍然是阻塞的。
  • NIO通常被认为是同步非阻塞IO模型，但也有人将其视为IO多路复用模型。
  • 通过选择器（Selector）实现非阻塞通信，允许一个线程同时处理多个IO请求。

• IO多路复用：

  • 在IO多路复用模型中，线程首先发起select调用，询问内核数据是否准备就绪。等内核准备好数据后，用户线程再发起read调用。
  • 通过减少无效的系统调用，降低了对CPU资源的消耗。

• 适用场景：

  • 适用于高负载、高并发的网络应用。

四、AIO（异步IO）

• 特点：

  • 基于事件和回调机制实现。
  • 应用程序发起IO请求后立即返回，不会等待IO操作完成。当IO操作完成后，操作系统会通知应用程序进行相应的后续处理。
  • 真正的异步非阻塞，无需手动注册回调函数。

• 适用场景：

  • 适用于对性能要求更高、且不介意使用回调函数的情况。
  • 目前在Linux系统上表现较好，但应用还不是很广泛。

综上所述，同步与异步、BIO、NIO和AIO在处理IO操作时各有其特点和适用场景。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的IO模型以提高程序的性能和可扩展性。

原文地址：https://blog.csdn.net/Chang_Yafei/article/details/143634547

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