16. 简单介绍下同步、异步、阻塞、非阻塞？

Ø 同步：所谓同步就是当一个服务调用另一个服务时，在没有得到结果之前，该调用就不返回东西，一旦有结果，就得到返回值了。

异步：所谓异步同同步相反，当一个服务调用另一个服务时，调用直接得到返回，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

举个通俗的例子：

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

Ø 阻塞与非阻塞：

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。

非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

还是上面的例子：

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书的结果。如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

Ø 下面还有一个简单的例子：

老张爱喝茶，废话不说，煮开水。

出场人物：老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。

1 老张把水壶放到火上，立等水开。（同步阻塞）老张觉得自己有点傻

2 老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞）老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。

3 老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞）老张觉得这样傻等意义不大

4 老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）老张觉得自己聪明了。

所谓同步异步，只是对于水壶而言。普通水壶，同步；响水壶，异步。虽然都能干活，但响水壶可以在自己完工之后，提示老张水开了。这是普通水壶所不能及的。同步只能让调用者去轮询自己（情况2中），造成老张效率的低下。所谓阻塞非阻塞，仅仅对于老张而言。立等的老张，阻塞；看电视的老张，非阻塞。情况1和情况3中老张就是阻塞的，媳妇喊他都不知道。虽然3中响水壶是异步的，可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的，这样才能发挥异步的效用。

17. IO的模型有哪几种？Reactor和preactor线程模型有了解？

阻塞IO

非阻塞IO

IO多路复用

信号驱动IO

异步IO：

同步IO vs 异步IO 1. 同步IO指的是程序会一直阻塞到IO操作如read、write完成 2. 异步IO指的是IO操作不会阻塞当前程序的继续执行

所以根据这个定义，上面阻塞IO当然算是同步的IO，非阻塞IO也是同步IO，因为当文件操作符可用时我们还是需要阻塞的读或写，同理IO多路复用和信号驱动IO也是同步IO，只有异步IO是完全完成了数据的拷贝之后才通知程序进行处理，没有阻塞的数据读写过程。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/115220699

IO是分为两个部分的分别是用户态和内核态

（1）数据通过用户态到达内核态

（2）内核态转备好数据的时候，从内核态写入用户态

同步: 第二步数据从内核态写入用户态是用户的线程自行读取数据，处理数据的

异步: 第二步数据是内核态负责写入用户态的，他只是告诉用户我的数据已经准备好了，并且读取完成，这时候直接调用用户态的线程就可以取到数据，内核已经帮我们完成了数据的准备，以及将数据从内核态写入到用户态。

我们可以这么理解，阻塞是说明当数据没有准备好的时候我什么事情都不做，一直等待数据，直到数据准备完成后才去执行下面的步骤；而非阻塞是我们数据没来，我们做自己的事情，有一个进程不停的帮我们去轮训检测数据是否准备完毕，直到数据来了，我们才会接到通知，继续执行。

https://blog.csdn.net/u014437791/article/details/89073761

同步阻塞（BIO: Blocking IO）

• 服务端采用单线程，当accept一个请求后，在recv或send调用阻塞时，将无法accept其他请求（必须等上一个请求处recv或send完），无法处理并发

同步非阻塞（NIO）

• 服务器端当accept一个请求后，加入fds集合，每次轮询一遍fds集合recv(非阻塞)数据，没有数据则立即返回错误，每次轮询所有fd（包括没有发生读写事件的fd）会很浪费cpu

非阻塞的 read，指的是在数据到达前，即数据还未到达网卡，或者到达网卡但还没有拷贝到内核缓冲区之前，这个阶段是非阻塞的。当数据已到达内核缓冲区，此时调用 read 函数仍然是阻塞的，需要等待数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区，才能返回。

IO多路复用（现在的做法）

• 服务器端采用单线程通过select/epoll等系统调用获取fd列表，遍历有事件的fd进行accept/recv/send，使其能支持更多的并发连接请求

IO复用模型是指的是Linux提供了select/poll的操作，进程通过将一个或者多个fd传递给select或者poll系统调用，阻塞在select操作上，这样子select/poll可以帮我们检测是否有一个或者多个fd是就绪状态，是就绪状态表示的是内核态的数据已经准备完成。当检测出是就绪状态的时候，立刻调用回调函数。这时候应用层再向内核态请求数据的时候，数据已经是准备好的，因此也无需进行阻塞，但是数据从内核复制到用户空间的时候还是需要进行短暂阻塞的。

poll和epoll的区别

poll支持的fd数量是有限的，且select/poll是顺序扫描fd是否就绪

epoll是使用基于事件驱动方式代替的顺序扫描，因此性能高，且epoll的fd数量远大于poll。

信号驱动IO模型

我们上面讲的IO多路复用，可以看到select/poll的时候应用程序一直是阻塞的，直到内核态的数据准备完成之后，我们才会调用其回调函数进行下面的操作，那我们的信号驱动IO模型则更进一步的优化。

信号驱动IO模型，首先开启套接口信号驱动IO功能，并且通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数（此系统调用之后立即返回，进程继续工作，他是非阻塞的）。当数据准备就绪的时候，就为该进程生成一个SIGIO信号，通过信号回调通知应用程序调用recvfrom来读取数据，处理数据，同样的内核态的数据复制到用户态的时候依然是阻塞的。

异步IO

异步IO解决的最大的问题就是内核态数据复制到用户态的时候，我们也是非阻塞的，这个是怎么实现的呢？

异步IO，告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成之后（包括将数据从内核态复制到用户态）通知我们。这种模型与信号驱动模型的主要区别是：信号驱动IO由内核通知我们什么时候开始一个IO操作 ；异步IO模型由内核通知我们IO的操作何时完成。

https://blog.csdn.net/u014437791/article/details/89073761

18. 什么是IO多路复用？

Ø IO多路复用是一种同步IO模型，实现一个线程可以监视多个文件句柄；一旦某个文件句柄就绪，就能够通知应用程序进行相应的读写操作；没有文件句柄就绪时会阻塞应用程序，交出cpu。多路是指网络连接，复用指的是同一个线程。

Ø IO事件的特点是当不满足某些条件时会阻塞，当程序运行碰到阻塞IO时，会等待阻塞结束再继续运行。如果有很多IO事件，当前事件是阻塞状态，但是第二个IO事件是非阻塞状态可以直接执行的，程序还是会等第一个IO事件运行结束再执行第二个IO事件。要是此时第二个IO事件又变成阻塞状态了，程序又要等待它阻塞结束，这样是很浪费时间的，明明可以先执行不阻塞的IO事件效率最高。

Ø IO多路复用有效地解决了这一尴尬的难题，其基本原理是应用程序把所有待执行的IO事件交给操作系统内核，然后由内核轮询这些IO事件，碰到准备就绪的再返给应用程序执行。多路复用快的原因在于，操作系统提供了这样的系统调用，使得原来的 while 循环里多次系统调用，变成了一次系统调用 + 内核层遍历这些文件描述符。通常使用select，poll和epoll这三种方法实现IO多路复用，其中select方法跨平台性最强，Windows、Unix、Linux都能使用。poll方法在Unix、Linux都能使用。epoll只能在Linux环境下使用。

Ø 其中epoll效率是最高的，因为select和poll都是把待执行IO事件先放在应用程序的一个列表里，再一起映射给内核，内核轮询完以后，返回给应用的也是整个列表，而epoll是直接把待执行IO事件交给内核处理，内核处理完返回的只有其中准备就绪的IO事件，所以效率极高。而且epoll是支持边缘触发的，而其它两种方法只支持水平触发。边缘触发指的是当内核把准备就绪的IO事件返给应用时，如果下次轮询到此事件时该事件没有发生任何的变化（说明应用还没有做任何处理），即使该事件还是准备就绪也不会返回给应用。而水平触发是内核每次轮询到准备就绪的IO事件都会返给应用，无论应用是否处理过（也许来不及处理，也许不想处理）。

19. nginx/redis 所使用的IO模型是什么？

Ø epoll

20. NIO的三大件分别是什么？Jdk 中Buffer和netty中buff的区别是什么？

NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector。传统IO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel和Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。

21. Channel和stream有什么不同？

Stream是单向的，譬如：InputStream, OutputStream.而Channel是双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。

Stream是面向字节流的，channel是面向缓冲区的

22. Select，poll，epoll的区别？

select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

1、poll本质上和select基本没有区别，唯一区别它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的

2、select单个进程所打开的FD是有限制的，通过FD_SETSIZE设置，默认1024；而epoll没有最大并发连接的限制，能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）；

3、epoll效率是最高的，因为select和poll都是把待执行IO事件先放在应用程序的一个列表里，再一起映射给内核，内核轮询完以后，返回给应用的也是整个列表。它仅仅知道了，有I/O事件发生了，却并不知道是哪几个流（可能有一个，多个，甚至全部），我们只能无差别轮询所有流，找出能读出数据，或者写入数据的流，对他们进行操作，同时处理的流越多，无差别轮询时间就越长。

而epoll是直接把待执行IO事件交给内核处理，内核处理完返回的只有其中准备就绪的IO事件（只需关注活跃的链接），所以效率极高。epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。

4、select/poll 调用需要传入 fd 数组，需要拷贝一份到内核，高并发场景下这样的拷贝消耗的资源是惊人的。而epoll是在内核中保存一份文件描述符集合，无需用户每次都重新传入，只需告诉内核修改的部分即可；

5、相比于select/poll，epoll支持边缘触发，效率更高。如果采用EPOLLLT模式的话，系统中一旦有大量你不需要读写的就绪文件描述符，它们每次调用epoll_wait都会返回，这样会大大降低处理程序检索自己关心的就绪文件描述符的效率.。而采用EPOLLET这种边沿触发模式的话，当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用epoll_wait()时，它不会通知你，也就是它只会通知你一次，直到该文件描述符上出现第二次可读写事件才会通知你！！！这种模式比水平触发效率高，系统不会充斥大量你不关心的就绪文件描述符

6、内存拷贝，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销。

7、epoll只能在linux下运行，poll 可以在linux、unix下运行，而select 是跨平台性最好， windows、unix、linux都可以运行

整个 select 的流程图如下。

1. select 调用需要传入 fd 数组，需要拷贝一份到内核，高并发场景下这样的拷贝消耗的资源是惊人的。（可优化为不复制）

2. select 在内核层仍然是通过遍历的方式检查文件描述符的就绪状态，是个同步过程，只不过无系统调用切换上下文的开销。（内核层可优化为异步事件通知）

3. select 仅仅返回可读文件描述符的个数，具体哪个可读还是要用户自己遍历。（可优化为只返回给用户就绪的文件描述符，无需用户做无效的遍历）

通过select的方式，既做到了一个线程处理多个客户端连接（文件描述符），又减少了系统调用的开销（多个文件描述符只有一次 select 的系统调用 + n 次就绪状态的文件描述符的 read 系统调用）。

epoll 主要就是针对select的三个缺点进行了改进。

1. 内核中保存一份文件描述符集合，无需用户每次都重新传入，只需告诉内核修改的部分即可。

2. 内核不再通过轮询的方式找到就绪的文件描述符，而是通过异步 IO 事件唤醒。

3. 内核仅会将有 IO 事件的文件描述符返回给用户，用户也无需遍历整个文件描述符集合。

来自 <https://blog.csdn.net/coderising/article/details/115258181>

select/poll/epoll之间的区别

select poll epoll

数据结构 bitmap 数组 红黑树

最大连接数 1024 无上限 无上限

fd拷贝 每次调用select拷贝 每次调用poll拷贝 fd首次调用epoll_ctl拷贝，每次调用epoll_wait不拷贝

工作效率 轮询：O(n) 轮询：O(n) 回调：O(1)

来自 <https://cloud.tencent.com/developer/article/1681177>

一幅图总结一下 epoll 的整个工作路程。

select和poll都只提供了一个函数——select或者poll函数。而epoll提供了三个函数，epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait：

epoll_create是创建一个epoll句柄；

epoll_ctl：向内核添加、修改或删除要监控的文件描述符。

epoll_wait则是等待事件的产生；

在实践中，只要活儿足够的多，epoll_wait 根本都不会让进程阻塞。用户进程会一直干活，一直干活，直到 epoll_wait 里实在没活儿可干的时候才主动让出 CPU。这就是 epoll 高效的地方所在！

23. epoll 水平触发（LT）与 边缘触发（ET）的区别？在什么场景下使用？

• epoll有EPOLLLT和EPOLLET两种触发模式，LT是默认的模式，ET是“高速”模式。

• LT(Level_triggered)模式下，只要这个fd还有数据可读，每次 epoll_wait都会返回它的事件，提醒用户程序去操作；当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据一次性全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用 epoll_wait()时，它还会通知你在上没读写完的文件描述符上继续读写，当然如果你一直不去读写，它会一直通知你！！！如果系统中有大量你不需要读写的就绪文件描述符，而它们每次都会返回，这样会大大降低处理程序检索自己关心的就绪文件描述符的效率！！！

• ET(Edge_triggered)模式下，它只会提示一次，直到下次再有数据流入之前都不会再提示了，无论fd中是否还有数据可读。当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用epoll_wait()时，它不会通知你，也就是它只会通知你一次，直到该文件描述符上出现第二次可读写事件才会通知你（）！！！这种模式比水平触发效率高，系统不会充斥大量你不关心的就绪文件描述符！！！所以在ET模式下，read一个fd的时候一定要把它的buffer读完，或者遇到EAGAIN错误;

举例说明:一个管道收到了1kb的数据,epoll会立即返回,此时读了512字节数据,然后再次调用epoll.这时如果是水平触发的,epoll会立即返回,因为有数据准备好了.如果是边缘触发的不会立即返回,因为此时虽然有数据可读但是已经触发了一次通知,在这次通知到现在还没有新的数据到来,直到有新的数据到来epoll才会返回,此时老的数据和新的数据都可以读取到(当然是需要这次你尽可能的多读取).所以当我们写epoll网络模型时，如果我们用水平触发不用担心数据有没有读完，因为下次epoll返回时，没有读完的socket依然会被返回，但是要注意这种模式下的写事件，因为是水平触发，每次socket可写时epoll都会返回，当我们写的数据包过大时，一次写不完，要多次才能写完或者每次socket写都写一个很小的数据包时，每次写都会被epoll检测到，因此长期关注socket写事件会无故cpu消耗过大甚至导致cpu跑满，所以在水平触发模式下我们一般不关注socket可写事件而是通过调用socket write或者send api函数来写socket，说到这我们可以看到这种模式在效率上是没有边缘触发高的，因为每个socket读或者写可能被返回两次甚至多次，所以有时候我们也会用到边缘触发，但是这种模式下在读数据的时候一定要注意，因为如果一次可写事件我们没有把数据读完，如果没有读完，在socket没有新的数据可读时epoll就不回返回了，只有在新的数据到来时，我们才能读取到上次没有读完的数据。

Ø select(),poll()模型都是水平触发模式，信号驱动IO是边缘触发模式，epoll()模型即支持水平触发，也支持边缘触发，默认是水平触发。

https://blog.csdn.net/qq_34793133/article/details/82055915

来自 <https://cloud.tencent.com/developer/article/1681177>