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Linux操作系統(tǒng)的I/O模型

JAVA的NIO引入了異步I/O，而Node.js宣稱的就是異步編程，I/O自然是異步的。其實(shí)操作系統(tǒng)在很早就引入了異步I/O的概念，如下圖（摘自Unix網(wǎng)絡(luò)編程中的圖片）：

我對(duì)上圖的理解有幾點(diǎn)：

1. 從IO設(shè)備讀取數(shù)據(jù)到用戶內(nèi)存的整個(gè)過程都是由系統(tǒng)內(nèi)核來完成；
2. 數(shù)據(jù)總是先被拷貝到內(nèi)核緩沖區(qū)，再由內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到用戶內(nèi)存；
3. 除了異步I/O，其余4種I/O模型其實(shí)都是阻塞的，至少在數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶內(nèi)存時(shí)是阻塞的；
4. 雖然異步I/O看上去是理想解決方案，但實(shí)現(xiàn)上現(xiàn)在用得最多的應(yīng)該是多路I/O復(fù)用，有select、poll、epoll的實(shí)現(xiàn)，性能最好的是epoll；
5. 異步I/O現(xiàn)在被認(rèn)為有缺陷，僅支持O_DIRECT而無法支持系統(tǒng)緩存。

Node.js中的異步I/O

因?yàn)閮?nèi)核中的異步I/O有缺陷，現(xiàn)實(shí)中的異步I/O通常由用戶態(tài)的線程池模擬完成，如下圖：

Node.js中原本使用了libeio異步I/O庫，在v0.9.3后改為自己實(shí)現(xiàn)的線程池來完成異步I/O。所以在Node.js中，除了用戶的Javascript代碼是單線程外，所有I/O都是多線程并行執(zhí)行的。

Node.js中的異步I/O調(diào)用

Node.js通過事件循環(huán)的模式運(yùn)行，在每一個(gè)循環(huán)的過程中，通過詢問一個(gè)或多個(gè)觀察者來判斷是否有事件要處理，而觀察者可以有文件I/O觀察者、網(wǎng)絡(luò)I/O觀察者等。

Node.js中異步I/O調(diào)用的大致流程如下：

• 發(fā)起I/O調(diào)用
  1. 用戶通過Javascript代碼調(diào)用Node核心模塊，將參數(shù)和回調(diào)函數(shù)傳入到核心模塊；
  2. Node核心模塊會(huì)將傳入的參數(shù)和回調(diào)函數(shù)封裝成一個(gè)請(qǐng)求對(duì)象；
  3. 將這個(gè)請(qǐng)求對(duì)象推入到I/O線程池等待執(zhí)行；
  4. Javascript發(fā)起的異步調(diào)用結(jié)束，Javascript線程繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)操作。
• 執(zhí)行回調(diào)
  1. I/O操作完成后，會(huì)將結(jié)果儲(chǔ)存到請(qǐng)求對(duì)象的result屬性上，并發(fā)出操作完成的通知；
  2. 每次事件循環(huán)時(shí)會(huì)檢查是否有完成的I/O操作，如果有就將請(qǐng)求對(duì)象加入到I/O觀察者隊(duì)列中，之后當(dāng)做事件處理；
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• 處理I/O觀察者事件時(shí)，會(huì)取出之前封裝在請(qǐng)求對(duì)象中的回調(diào)函數(shù)，執(zhí)行這個(gè)回調(diào)函數(shù)，并將result當(dāng)參數(shù)，以完成Javascript回調(diào)的目的。
  
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  http://blog.gopersist.com/2015/03/09/aio/