IO模型是面试经常被问到的内容，下面我就重点详解5种常见的IO模型@mikechen
阻塞I/O模型
在阻塞I/O模型中，当程序发起一个I/O操作，例如：读取文件或从网络套接字接收数据，程序会被阻塞，直到操作完成。
这意味着程序必须等待，直到数据可用或写入完成，然后才能继续执行其他操作。
如下图示：
塞I/O的缺点：
- 性能问题：在高并发的情况下，阻塞I/O可能会导致性能问题，因为一个被阻塞的I/O操作会阻止其他操作的执行，从而降低了应用程序的响应性和吞吐量。
- 资源浪费：由于阻塞I/O会导致线程等待，因此可能需要创建大量线程来处理并发的I/O操作。每个线程都需要一些系统资源，这可能导致资源浪费。
- 难以处理超时：阻塞I/O操作通常不容易设置超时，如果I/O操作长时间未完成，可能会导致应用程序陷入不可用状态。
适用场景：
阻塞I/O适用于以下情况：
- 低负载和低并发的应用程序，性能要求不高。
- 对于一些简单的命令行工具或脚本，阻塞I/O可能是一个方便的选择。
- 当开发人员更关注代码的简洁性和易读性而不是最大吞吐量时。
非阻塞I/O模型
在非阻塞I/O模型中，当程序执行一个I/O操作时，它会立即返回而不会等待操作完成。
程序可以继续执行其他任务，而不会被I/O操作阻塞。
程序需要定期查询或轮询I/O操作的状态，以确定它们是否已经完成。
如下图所示：
非阻塞I/O的优点：
非阻塞I/O允许程序在执行I/O操作时继续响应其他请求，从而提高了应用程序的响应性。
非阻塞I/O的缺点：
- 编程复杂性：实现非阻塞I/O通常需要更复杂的编程模式，因为程序需要定期查询I/O操作的状态并处理未完成的操作。
- CPU消耗：轮询I/O状态会导致CPU消耗，因此需要小心设计以避免过多的轮询操作。
适用于高并发：
非阻塞I/O模型通常适用于需要处理大量并发连接或请求的应用程序，因为它允许应用程序在不增加大量线程的情况下处理并发I/O操作。
多路复用I/O模型
多路复用I/O模型允许程序同时监视多个I/O操作，而不需要主动轮询它们。
通常使用操作系统提供的机制，如select、poll或epoll来等待多个I/O事件。
如下图所示：
多路复用I/O的优点：
- 高效：多路复用I/O可以显著降低系统资源的消耗，因为它不需要为每个I/O操作创建一个单独的线程或进程。
- 提高并发性：允许程序同时处理多个I/O操作，适用于高并发的应用程序。
- 减少CPU消耗：相对于轮询模型，多路复用I/O会减少CPU的消耗，因为程序不必周期性地查询I/O操作的状态。
多路复用I/O的缺点：
- 实现复杂性：使用多路复用I/O通常需要更复杂的编程模式，因为程序需要处理等待事件、处理事件和重新注册事件等任务。
- 对不同平台的依赖性：不同操作系统可能提供不同的多路复用机制，因此需要根据目标平台选择合适的机制。
多路复用I/O适用场景：
- 需要高效处理大量并发连接或请求的网络服务器，如Web服务器。
- 需要提高应用程序的响应性，以便及时响应事件。
- 希望减少资源消耗，不希望为每个连接创建一个单独的线程或进程。
多路复用I/O实现：
伪代码描述IO多路复用：
while(status == OK) { // 不断轮询
ready_fd_list = io_wait(fd_list); //内核缓冲区是否有准备好的数据
for(fd in ready_fd_list) {
data = read(fd) // 有准备好的数据读取到用户缓冲区
process(data)
}
}
信号驱动I/O模型（Signal-driven I/O）
在信号驱动I/O模型中，程序会为I/O操作注册信号处理函数。
当I/O操作完成时，操作系统会向程序发送信号，程序将执行相应的处理函数。
如下图所示：
信号驱动I/O流程如下：
- 开启套接字信号驱动IO功能
- 系统调用Sigaction执行信号处理函数（非阻塞，立刻返回）
- 数据就绪，生成Sigio信号，通过信号回调通知应用来读取数据
信号驱动I/O的优点：
- 高效：信号驱动I/O可以显著降低系统资源的消耗，因为它不需要为每个I/O操作创建一个单独的线程或进程。
- 提高并发性：允许程序同时处理多个I/O操作，适用于高并发的应用程序。
- 减少CPU消耗：相对于轮询模型，信号驱动I/O会减少CPU的消耗，因为程序不必周期性地查询I/O操作的状态。
信号驱动I/O的缺点：
- 实现复杂性：使用信号驱动I/O通常需要更复杂的编程模式，因为程序需要处理信号、注册信号处理函数以及处理已完成的I/O操作。
- 对不同平台的依赖性：不同操作系统可能提供不同的信号处理机制，因此需要根据目标平台选择合适的机制。
- 信号处理函数的异步性：信号处理函数在异步上下文中执行，因此需要小心处理并发问题和可重入性。
适用场景：
需要高效处理大量并发连接或请求的网络服务器，如Web服务器。
异步I/O模型
在异步I/O模型中，程序发起I/O操作后，可以继续执行其他操作，而不需要等待或轮询。
当I/O操作完成时，操作系统会通知程序，并将结果传递给程序的回调函数。
如下图所示：
异步I/O模型通常需要复杂的编程模式，但在高并发和高吞吐量的应用中表现出色。
异步I/O模型是一种高效的处理输入和输出操作的方式，允许程序发起I/O操作后可以继续执行其他操作，而不必等待或轮询操作的完成状态。