如何淺析編程語言中的五種編程模型

這篇文章給大家介紹如何淺析編程語言中的五種編程模型，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

編程模型，我們可以簡單地理解為，它就是模板，遇到相似問題就可以方便依模板解決,這樣就簡化了編程問題。不同的編程環境和不同的應用對象有不同的編程模型。編程模型也是學習編程內容中的基礎知識，小編帶著大家來淺析五種編程模型。

一、同步異步，阻塞非阻塞區別聯系

實際上同步與異步是針對應用程序與內核的交互而言的。同步過程中進程觸發IO操作并等待(也就是我們說的阻塞)或者輪詢的去查看IO操作(也就是我們說的非阻塞)是否完成。異步過程中進程觸發IO操作以后，直接返回，做自己的事情，IO交給內核來處理，完成后內核通知進程IO完成。同步和異步針對應用程序來，關注的是程序中間的協作關系；阻塞與非阻塞更關注的是單個進程的執行狀態。同步有阻塞和非阻塞之分，異步沒有，它一定是非阻塞的。阻塞、非阻塞、多路IO復用，都是同步IO，異步必定是非阻塞的，所以不存在異步阻塞和異步非阻塞的說法。真正的異步IO需要CPU的深度參與。換句話說，只有用戶線程在操作IO的時候根本不去考慮IO的執行全部都交給CPU去完成，而自己只等待一個完成信號的時候，才是真正的異步IO。所以，拉一個子線程去輪詢、去死循環，或者使用select、poll、epool，都不是異步。

同步：執行一個操作之后，進程觸發IO操作并等待(也就是我們說的阻塞)或者輪詢的去查看IO操作(也就是我們說的非阻塞)是否完成，等待結果，然后才繼續執行后續的操作。

異步：執行一個操作后，可以去執行其他的操作，然后等待通知再回來執行剛才沒執行完的操作。

阻塞：進程給CPU傳達一個任務之后，一直等待CPU處理完成，然后才執行后面的操作。

非阻塞：進程給CPU傳達任我后，繼續處理后續的操作，隔斷時間再來詢問之前的操作是否完成。這樣的過程其實也叫輪詢。

二、IO模型（五種編程模型）

這里統一使用Linux下的系統調用recv作為例子，它用于從套接字上接收一個消息，因為是一個系統調用，所以調用時會從用戶進程空間切換到內核空間運行一段時間再切換回來。默認情況下recv會等到網絡數據到達并且復制到用戶進程空間或者發生錯誤時返回，而第4個參數flags可以讓它馬上返回。

1、阻塞IO模型

使用recv的默認參數一直等數據直到拷貝到用戶空間，這段時間內進程始終阻塞。A同學用杯子裝水，打開水龍頭裝滿水然后離開。這一過程就可以看成是使用了阻塞IO模型，因為如果水龍頭沒有水，他也要等到有水并裝滿杯子才能離開去做別的事情。很顯然，這種IO模型是同步的。

2、非阻塞IO模型

改變flags，讓recv不管有沒有獲取到數據都返回，如果沒有數據那么一段時間后再調用recv看看，如此循環。B同學也用杯子裝水，打開水龍頭后發現沒有水，它離開了，過一會他又拿著杯子來看看……在中間離開的這些時間里，B同學離開了裝水現場(回到用戶進程空間)，可以做他自己的事情。這就是非阻塞IO模型。但是它只有是檢查無數據的時候是非阻塞的，在數據到達的時候依然要等待復制數據到用戶空間(等著水將水杯裝滿)，因此它還是同步IO。

3、IO復用模型

這里在調用recv前先調用select或者poll，這2個系統調用都可以在內核準備好數據(網絡數據到達內核)時告知用戶進程，這個時候再調用recv一定是有數據的。因此這一過程中它是阻塞于select或poll，而沒有阻塞于recv，有人將非阻塞IO定義成在讀寫操作時沒有阻塞于系統調用的IO操作(不包括數據從內核復制到用戶空間時的阻塞，因為這相對于網絡IO來說確實很短暫)，如果按這樣理解，這種IO模型也能稱之為非阻塞IO模型，但是按POSIX來看，它也是同步IO，那么也和樓上一樣稱之為同步非阻塞IO吧。

這種IO模型比較特別，分個段。因為它能同時監聽多個文件描述符(fd)。這個時候C同學來裝水，發現有一排水龍頭，舍管阿姨告訴他這些水龍頭都還沒有水，等有水了告訴他。于是等啊等(select調用中)，過了一會阿姨告訴他有水了，但不知道是哪個水龍頭有水，自己看吧。于是C同學一個個打開，往杯子里裝水(recv)。這里再順便說說鼎鼎大名的epoll(高性能的代名詞啊)，epoll也屬于IO復用模型，主要區別在于舍管阿姨會告訴C同學哪幾個水龍頭有水了，不需要一個個打開看(當然還有其它區別)。

4、信號驅動IO模型

通過調用sigaction注冊信號函數，等內核數據準備好的時候系統中斷當前程序，執行信號函數(在這里面調用recv)。D同學讓舍管阿姨等有水的時候通知他(注冊信號函數)，沒多久D同學得知有水了，跑去裝水。是不是很像異步IO？很遺憾，它還是同步IO(省不了裝水的時間啊)。

5、異步IO模型

調用aio_read，讓內核等數據準備好，并且復制到用戶進程空間后執行事先指定好的函數。E同學讓舍管阿姨將杯子裝滿水后通知他。整個過程E同學都可以做別的事情(沒有recv)，這才是真正的異步IO。

一般來講：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO復用模型(select/poll/epoll)、信號驅動IO模型都屬于同步IO，因為階段2是阻塞的(盡管時間很短)。只有異步IO模型是符合POSIX異步IO操作含義的，不管在階段1還是階段2都可以干別的事。

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