面试题：网络编程中，非阻塞IO与阻塞IO的主要区别是什么，并举例说明在实际应用场景中非阻塞IO的优势

Question

请阐述阻塞IO和非阻塞IO在数据读取或写入操作时的行为差异。假设你正在开发一个即时通讯服务器，分析采用非阻塞IO相比于阻塞IO，在处理大量客户端连接时，可能会带来哪些性能提升和编程复杂度变化。

Answer 1

阻塞IO和非阻塞IO在数据读取或写入操作时的行为差异

1. 阻塞IO：
   • 数据读取：当应用程序调用阻塞IO的读操作时，内核会等待数据准备好，在数据未准备好之前，应用程序会一直阻塞，无法执行其他代码。例如在一个TCP套接字上调用read函数，如果接收缓冲区中没有数据，线程会被挂起，直到有数据可读。
   • 数据写入：同样，在调用阻塞IO的写操作时，如果内核缓冲区已满，无法立即接收应用程序要发送的数据，应用程序也会阻塞，直到内核缓冲区有足够空间来接收数据。
2. 非阻塞IO：
   • 数据读取：非阻塞IO的读操作会立即返回。如果数据尚未准备好，读操作会返回一个错误（例如EWOULDBLOCK或EAGAIN），应用程序不会被阻塞，可以继续执行其他代码。应用程序需要通过轮询等方式不断检查数据是否准备好。
   • 数据写入：非阻塞IO的写操作也是立即返回。如果内核缓冲区没有足够空间接收所有数据，写操作会返回已写入的字节数，应用程序需要再次调用写操作，直到所有数据都被写入。

即时通讯服务器中采用非阻塞IO相比于阻塞IO在处理大量客户端连接时的性能提升

1. 提高并发处理能力：阻塞IO下，一个线程在处理一个客户端连接的IO操作时会被阻塞，无法同时处理其他客户端。而非阻塞IO可以让一个线程在同一时间轮询多个客户端连接的IO状态，一旦某个连接的数据准备好，就可以处理该连接的数据，大大提高了并发处理能力，能够同时处理大量客户端连接。
2. 资源利用率提升：在阻塞IO模式下，线程长时间阻塞等待IO操作完成，造成线程资源的浪费。非阻塞IO可以减少线程的阻塞时间，使线程可以在等待IO的间隙执行其他任务，提高了CPU等资源的利用率。
3. 响应速度加快：对于即时通讯服务器，快速响应客户端的消息至关重要。非阻塞IO可以及时处理多个客户端的消息，避免因单个客户端的IO阻塞而导致其他客户端消息处理延迟，从而提高整个系统的响应速度。

即时通讯服务器中采用非阻塞IO相比于阻塞IO在处理大量客户端连接时编程复杂度变化

1. 复杂度增加：
   • 轮询机制：非阻塞IO需要应用程序自己实现轮询机制，以不断检查各个客户端连接的IO状态。例如使用select、poll或epoll等多路复用技术，这些技术的使用增加了代码的复杂度，需要开发者熟悉相关函数的参数和返回值处理。
   • 状态管理：由于非阻塞IO的读、写操作可能不会一次完成，应用程序需要自己管理每个连接的读写状态，例如记录已经读取或写入了多少数据，以便在后续轮询中继续处理，这增加了状态管理的复杂度。
   • 错误处理：非阻塞IO会返回各种错误（如EWOULDBLOCK），开发者需要仔细处理这些错误，正确区分是真正的错误还是暂时的资源不可用，增加了错误处理的复杂度。
2. 复杂度降低（相对方面）：在阻塞IO模式下，如果要处理大量客户端连接，通常需要为每个连接创建一个线程，这会带来线程创建、销毁和线程间同步的开销和复杂度。非阻塞IO模式下可以使用少量线程处理大量连接，从线程管理角度看，一定程度上降低了编程复杂度。