一、阻塞IO（blocking IO）
默认情况下所有的socket都是blocking，一个典型的读操作流程：
- blocking IO的特点：就是在IO执行的两个阶段（等待数据和拷贝数据两个阶段）都被block了。
ps：所谓阻塞型接口是指系统调用（一般是IO接口）不返回调用结果并让当前线程一直阻塞，只有当该系统调用获得结果或者超时出错时才返回。
除非特别指定，几乎所有的IO接口 ( 包括socket接口 ) 都是阻塞型的。这给网络编程带来了一个很大的问题，如在调用recv(1024)的同时，
线程将被阻塞，在此期间，线程将无法执行任何运算或响应任何的网络请求。
- 多线程模型可以方便高效的解决小规模的服务请求，但面对大规模的服务请求，多线程模型也会遇到瓶颈，可以用非阻塞接口来尝试解决这个问题。
二、非阻塞IO(non-blocking IO)
- 可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时，流程是这个样子：
- 从图中可以看出，当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。
从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，
它就知道数据还没有准备好，于是用户就可以在本次到下次再发起read询问的时间间隔内做其他事情，或者直接再次发送read操作。
一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存（这一阶段仍然是阻塞的），然后返回。
也就是说非阻塞的recvform系统调用调用之后，进程并没有被阻塞，内核马上返回给进程，如果数据还没准备好，此时会返回一个error。
进程在返回之后，可以干点别的事情，然后再发起recvform系统调用。重复上面的过程，循环往复的进行recvform系统调用。
这个过程通常被称之为轮询。轮询检查内核数据，直到数据准备好，再拷贝数据到进程，进行数据处理。需要注意，拷贝数据整个过程，进程仍然是属于阻塞的状态。
#服务端 from socket import * s=socket() s.bind(('127.0.0.1',8080)) s.listen(5) s.setblocking(False) #设置socket的接口为非阻塞 conn_l=[] del_l=[] while True: try: conn,addr=s.accept() conn_l.append(conn) except BlockingIOError: print(conn_l) for conn in conn_l: try: data=conn.recv(1024) if not data: del_l.append(conn) continue conn.send(data.upper()) except BlockingIOError: pass except ConnectionResetError: del_l.append(conn) for conn in del_l: conn_l.remove(conn) conn.close() del_l=[] #客户端 from socket import * c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM) c.connect(('127.0.0.1',8080)) while True: msg=input('>>: ') if not msg:continue c.send(msg.encode('utf-8')) data=c.recv(1024) print(data.decode('utf-8'))
- 非阻塞式IO的特点：中用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据准备好了没有。
优点：能够在等待任务完成的时间里干其他活了（包括提交其他任务，也就是 “后台” 可以有多个任务在“同时”执行）。
缺点：循环调用recv()将大幅度推高CPU占用率；任务完成的响应延迟增大了，因为每过一段时间才去轮询一次read操作，
而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成。这会导致整体数据吞吐量的降低。
三、多路复用IO(IO multiplexing)
- 有些地方也称这种IO方式为事件驱动IO(event driven IO)，它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，
当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。它的流程如图：
- 当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，
当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。
这个图和blocking IO的图其实并没有太大的不同，事实上还更差一些。因为这里需要使用两个系统调用(select和recvfrom)，
而blocking IO只调用了一个系统调用(recvfrom)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。
#服务端 from socket import * import select s=socket() s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) s.bind(('127.0.0.1',8081)) s.listen(5) s.setblocking(False) #设置socket的接口为非阻塞 read_l=[s,] while True: r_l,_,_=select.select(read_l,[],[]) print(r_l) for ready_obj in r_l: if ready_obj == s: conn,addr=ready_obj.accept() #此时的ready_obj等于s read_l.append(conn) else: try: data=ready_obj.recv(1024) #此时的ready_obj等于conn if not data: ready_obj.close() read_l.remove(ready_obj) continue ready_obj.send(data.upper()) except ConnectionResetError: ready_obj.close() read_l.remove(ready_obj) #客户端 from socket import * c=socket() c.connect(('127.0.0.1',8081)) while True: msg=input('>>: ') if not msg:continue c.send(msg.encode('utf-8')) data=c.recv(1024) print(data.decode('utf-8'))
强调：
1. 如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，
可能延迟还更大。select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。
2. 在多路复用模型中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。
只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。
结论: select的优势在于可以处理多个连接，不适用于单个连接
优点：相比其他模型，使用select() 的事件驱动模型只用单线程（进程）执行，占用资源少，不消耗太多 CPU，同时能够为多客户端提供服务。
缺点：首先select()接口并不是实现“事件驱动”的最好选择。因为当需要探测的句柄值较大时，
select()接口本身需要消耗大量时间去轮询各个句柄。很多操作系统提供了更为高效的接口。
其次，该模型将事件探测和事件响应夹杂在一起，一旦事件响应的执行体庞大，则对整个模型是灾难性的。
- PS:其中select，poll，epoll都是IO多路复用的机制，这三种IO多路复用模型在不同的平台有着不同的支持；
而selectors模块，可以帮我们默认选择当前平台下最合适的模型。
五、异步IO(Asynchronous I/O)
异步IO流程如图：
- 用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，
首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，
kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。