四种IO模型

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同步非阻塞IO模型

  • 两个任务是由同一个线程执行，IO调用逻辑与IO执行逻辑由同一个线程完成，他们的执行是串行的，即同步。此时该线程一直在做while(true)查看user buffer中的数据是否就绪：若就绪，则执行IO调用后的语句。若没有就绪，则继续while(true)。整个过程线程一直处于运行状态，没有发生阻塞。

    同步阻塞IO模型

  • 两个任务是由同一个线程执行，IO调用逻辑与IO执行逻辑由同一个线程完成，他们的执行是串行的，即同步。此时该线程首先向user buffer注册监听，监听其数据是否就绪，然后阻塞自己。若数据就绪，则唤醒阻塞的线程，继续执行IO调用后的语句。

    异步非阻塞IO模型

  • 两个任务是由两个不同的线程完成。在IO执行线程执行期间，IO调用后语句也在同时执行。只不过IO调用线程会为IO执行线程添加一个异步监听，监听IO操作是否结束，若结束，则再处理“IO调用后语句”与Future回调语句的优先级问题：是执行完毕IO调用语句在执行Future回调，还是先把IO调用后语句挂起，然后马上执行Future回调，回调执行完毕后，再继续执行IO调用后语句。

    异步阻塞IO模型

  • 两个任务是由两个不同的线程完成。在IO调用线程调用了IO执行线程后，其首先向这个IO执行线程的Future添加一个监听。监听其IO是否执行完毕，然后阻塞自己。若执行完毕，则唤醒阻塞的IO调用线程。

Reactor模型的IO

  • 其IO为同步非阻塞IO
  • 以channel发起读操作请求为例来分析整个过程
    • 当channel的执行过程发起了read()调用后，其会向selector注册OPT_READ事件，然后该线程会不停的查看该事件是否就绪，此就绪是由selector通知的
    • 当selector接收到这个注册后，其就会不停的查看该channel所关联的网卡缓存是否有了数据。当selector轮询到该channel的网卡缓存中具有了数据后，该读操作就绪
    • 此时该线程就查看到了就绪，会发起system.call，将网卡缓冲中的数据读取到user buffer中。这些操作完成后，会再执行read()后面的逻辑。整个执行过程，该线程未发生阻塞。所以Reactor模型是同步非阻塞模型的。

Proactor模型的IO

  • 其IO为异步非阻塞IO
  • 以channel发起读操作请求为例来分析整个过程
    • 当channel的执行线程调用了异步的read()操作后，其会继续执行read()后的逻辑。而该read()会将本次操作注册到一个Proactor实例中，注册本次操作关注的事件为Read Complete。
    • 一个channel的所有IO操作共享一个Proactor实例。或者说，一个Proactor实例处理同一channel中所有IO请求。这个Proactor实例是在channel创建时完成的初始化。每个Proactor实例具有一个绑定的过程，用于执行相关的IO操作。
    • 当Proactro实例接受了read()操作注册后，其会为网络缓存注册一个监听。若网卡缓存中有了数据，则马上通过DMA控制将数据写入到user buffer中（和Reactor不同，是自动写入到用户缓存，而Reactor是由IO调用线程发起，因为IO调用线程和IO执行线程是同一个，所以也可以理解为IO执行线程。但是此处是直接由DMA写入到用户缓存中），则该IO操作完毕，产生Read Complete事件，此时会将事件写入到Proactor所维护的一个队列。Proactor实例会将队列中的事件发送给各个IO调用者线程，以使他们触发相应的回调。
    • 当前read()操作的调用线程无需阻塞等待read()操作的完成，而是直接执行后面的逻辑。由于read()操作本身是由另外一个线程来执行，所以Proactor模型是“异步非阻塞IO”模型
  • Reactor中的selector是一种事件分离器的实现。在Proactor中不存在事件分离器，但存在一个Proactor实例。该实例会根据不同的IO操作，监听不同的内容。例如，本例为网卡缓存注册了监听。