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。

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