IO 多路复用是什么意思？Redis中的IO又是什么？

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当你打开电脑，任何时候都在进行着IO的操作！

比如一次 API 接口调用、向磁盘写入日志信息，其实就是在跟 I/O 打交道。

一次 IO 操作分为等待资源、使用资源两个阶段，以下分别进行介绍。

先补充一下什么是阻塞与非阻塞和同步与异步

同步阻塞IO（Blocking IO）：即传统的IO模型
同步非阻塞IO（Non-blocking IO）：默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。在Java领域，也称为New I/O
IO多路复用（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Java中的Selector和Linux中的epoll都是这种模型
异步IO（Asynchronous IO）：即经典的Proactor设计模式，也称为异步非阻塞IO

具体展开来讲一下：

阻塞与非阻塞 I/O

阻塞与非阻塞 I/O 是对于操作系统内核而言的，发生在等待资源阶段，根据发起 I/O 请求是否阻塞来判断。

阻塞 I/O：这种模式下一个用户进程在发起一个 I/O 操作之后，只有收到响应或者超时才可进行处理其它事情，否则 I/O 将会一直阻塞。以读取磁盘上的一段文件为例，系统内核在完成磁盘寻道、读取数据、复制数据到内存中之后，这个调用才算完成。阻塞的这段时间对 CPU 资源是浪费的。

非阻塞 I/O：这种模式下一个用户进程发起一个 I/O 操作之后，如果数据没有就绪，会立刻返回（标志数据资源不可用），此时 CPU 时间片可以用来做一些其它事情。

同步与异步 I/O

同步与异步 I/O 发生在使用资源阶段，根据实际 I/O 操作来判断。

同步 I/O：应用发送或接收数据后，如果不返回，继续等待（此处发生阻塞），直到数据成功或失败返回。

异步 I/O：应用发送或接收数据后立刻返回，数据写入 OS 缓存，由 OS 完成数据发送或接收，并返回成功或失败的信息给应用。Node.js 就是典型的异步编程例子。

什么是IO多路复用

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

IO多路复用使用的模型

select模型
poll模型
epoll

具体展开来讲一下

select模型

select模型是最古老的IO多路复用机制之一，使用fd_set数据结构来保存文件描述符集合，并提供了select()函数来等待文件描述符的就绪状态。它有一个限制，即所监视的文件描述符数量有一个上限，通常是1024。

每次调用select()时，都需要将整个文件描述符集合从用户空间复制到内核空间，这可能带来性能问题。

poll模型

是对select的改进，它使用pollfd结构体数组来保存文件描述符和事件信息，并提供了poll()函数来等待文件描述符的就绪状态。相对于select，poll没有文件描述符数量的限制，因为它使用动态分配的数组来保存文件描述符信息。

但与select类似，每次调用poll()时，也需要将整个结构体数组从用户空间复制到内核空间。

epoll模型

是Linux特有的IO多路复用机制，自从2.5.44内核版本引入后成为主流。它使用基于事件的方式来管理文件描述符，使用一个事件表（event table）来保存文件描述符和事件信息，并提供了epoll_create()、epoll_ctl()和epoll_wait()等函数来操作事件表。

相对于select和poll，epoll具有更好的性能，因为它采用了事件驱动的方式，不需要在每次调用时复制整个事件表。

PS：很多文章在谈论到BIO、NIO、AIO的时候仅仅是抛出一堆定义，以及一些生动的例子。看似很好理解。但是并没有将最基础的本质原理显现出来，如果没有没有从IO的原理出发的话是很难理解这三者之间的区别的。所以本篇文章从Java是如何进行IO操作为开头进行分析。

终端研发部：这是我看过对bio，nio，aio解释的最透彻的文章！！！151 赞同 · 6 评论文章

IO多路复用解决的问题

阻塞与非阻塞

解决接收数据前的耗时问题

客户端向服务端发起请求，建立连接
双方会收发数据，但是如果一方没有成功发送数据，另一方的线程就会阻塞。
采用select()等多路复用模式，集中到一个线程去监听多个连接上对方的数据是否准备完毕，
如果select收到对方线程准备发送数据的信号，就会通知用户进程调用recv方法去接收连接上输送的数据
recv本身也可长期监听连接对方的数据是否有发送，但是recv的资源开销比较大只能一对一监听，select多路复用开销小，可以一对多监听

同步与异步

解决接收数据时的耗时问题

IO多路复用可以在一定程度上解决阻塞IO和同步IO的问题。通过使用IO多路复用，程序可以同时监视多个IO流，而不会阻塞在单个IO操作上。当某个IO流就绪时，程序可以立即进行处理，而不需要等待其他IO操作的完成。通过将IO流设置为非阻塞模式，程序可以立即返回并继续执行其他任务，而不必等待IO操作的完成。

多路复用的优点

多路复用可以在一个连接上同时处理多个请求响应，这样可以大大的减少连接的数量，并提高了网络的处理能力。

由于是共享连接不同请求响应数据包可以合并到一个IO上处理，这样可以大大降低IO的处理量，让性能表现得更出色。

多路复用的基本原则，就是尽量减少因IO读取而造成的频繁系统调用。所谓多路复用，是指通过一次系统调用，获得IO状态，获取到IO状态之后，由APP自己对符合状态的IO进行读写操作。

无论是BIO，NIO还是多路复用，都是同步IO模型，其中BIO是同步阻塞模型，NIO和多路复用是同步非阻塞模型。

补充：

redis的网咯IO

Redis 使用 epoll 作为 I/O 多路复用技术的实现；Redis 自身的事件处理模型将 epoll 中的连接、读写、关闭都转为时间，从而避免了在网络 I/O 上时间的浪费。

避免了线程切换和竞态产生的消耗。

影响Redis耗时的操作

对bigkey的写入删除操作；
sql语句复杂（Redis使用的是同步IO，高并发时此处会阻塞主线程，6.0后使用多线程机制执行sql语句）；
同时删除大量key；
AOF设置为高频率写入磁盘；
不合理的key淘汰机制（内存满了后要先删除部分旧的key才能写入新的key，高版本Redis优化后采用了异步线程来执行淘汰）。

Redis 6.0多线程模型思想上类似单reactor多线程和多reactor多线程，但不完全一样，这两者handler对于逻辑处理这一块都是使用线程池，而redis命令执行依旧保持单线程。如下：

Redis的优化

Redis 基于的底层 I/O 多路复用库有多套。包括select、epoll、evport和kqueue等。

每个IO多路复用函数库在 Redis 源码中都对应一个单独的文件，比如ae_select.c，ae_epoll.c， ae_kqueue.c等。调用 epoll 机制，让内核监听这些套接字。Redis 线程不会阻塞在某一个特定的监听或已连接套接字上，也就是说，不会阻塞在某一个特定的客户端请求处理上。

正因为此，Redis 可以同时和多个客户端连接并处理请求，从而提升并发性。

补充：

BIO、NIO、AIO适用场景分析:

BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。

NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。

AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

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