设计模式-同步异步

基本概念

IO步骤：一般分为内核等待数据的阶段，以及数据从内核复制到用户空间这两个部分。
本文针对的接口是系统接口，即系统调用
同步和异步：对用户进程和系统内核的交互过程的区分
- 同步：用户进程触发IO操作，并等待或者轮询去查看IO操作是否就绪。调用返回时获得有效结果。
- 异步：用户进程触发IO操作后，去处理其他事项，并由系统通知IO操作就绪。调用返回不代表操作结束。
阻塞和非阻塞：针对用户进程访问数据时，根据IO操作的就绪状态采取的进程调度应对方式的区分
- 阻塞：IO操作中数据准备未完成，则等待完成，进程挂起
- 非阻塞：即使IO操作未完成，也立即返回，不会因为等待数据而挂起

同步异步、阻塞非阻塞并不相关。非阻塞也可以是同步的。

阻塞IO（Blocking IO）：发起IO后一直阻塞直到完全完成。
非阻塞IO（Unblocking IO）：发起IO后一直检查内核数据是否准备就绪，就绪后开始从内核向用户空间复制（复制阶段仍然阻塞）。
- 反复检查阶段耗费大量CPU资源
- 内核态到用户态的拷贝阶段，仍然是阻塞的
IO复用（IO multiplexing）：select、poll、epoll，和非阻塞类似，但可以同时对多个IO操作进行检查，获得一个返回后，针对该IO操作调用相应的实际处理函数。检查IO操作时，会阻塞到有操作返回结果（或者超时）
信号驱动IO（signal driven IO，SIGIO）：注册信号处理函数，在对应数据在内核中准备好时，通知处理函数进行处理，处理阶段仍然阻塞。
异步IO（asynchronous IO）：真正高效的接口。发起IO操作后，直到数据已经在用户空间准备完成，才会调用对应的处理程序。

两者都是基于事件驱动的设计模式。

Reactor是基于非阻塞IO的设计模式，大量优秀的网络框架都基于Reactor，这里有一个原因就是Linux早期对异步IO的支持不足，并不能做到真正的异步IO，所以无法真正实现Proactor。

Proactor则是基于异步IO的设计模式，在Proactor模式下，IO操作都由系统完成，业务处理是异步回调。

两者的的区别主要在于，Reactor模式在接收到系统通知的IO事件后，随即开始进行IO操作，编解码，业务处理，而Proactor则可以将IO处理完全交给系统，直接在回调中开始业务处理。所以这里的IO事件语义也完全不同，Reactor的通知代表事件发生，Proactor的通知代表事件结束。