同步（synchronous）IO和異步（asynchronous）IO，阻塞（blocking）IO和非阻塞（non-blocking）IO，我相信這幾個詞困擾過很多人，更痛苦的是，如果你查閱過文獻資料，你會發現不同的資料中的解釋是不一樣的，例如在wiki中，異步和非阻塞被當成了一個概念。
出現這種情況的原因，我認爲很大程度上是因爲IO這個概念本身就很寬泛，它其實包含了好幾個層面。比如說，你可以把它看做是一個物理上的設備，也可以看做是OS抽象出來的一個軟件，還可以看做是平時寫程序用的read(),write()函數，不同的層面對於這幾個詞的理解也是不一樣的。
先看一個較低的層次。如果從CPU的角度看，其實大部分的IO都是異步的：因爲CPU啓動這個IO操作後，就去幹其它的事情了，一直到產生一箇中斷，告訴它IO完成了。
“Most physical I/O is asynchronous—the CPU starts the transfer and goes off to do something else until the interrupt arrives. User programs are much easier to write if the I/O operations are blocking—after a read system call the program is automatically suspended
until the data are available in the buffer. It is up to the operating system to make operations that are actually interrupt-driven look blocking to the user programs.” （引自 Modern Operating Systems, 2ed）
不過，本文並不想探究那麼底層的東東。作爲程序員，更多的還是從應用層面來考慮。所以，以下重點介紹的是應用程序中能夠採用的四種IO機制。
（說明，下文中圖片引用自
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/）
首先，從最常用到的，也是最容易理解的同步阻塞IO說起。
在這個模型中，應用程序（application）爲了執行這個read操作，會調用相應的一個systemcall，將系統控制權交給kernel，然後就進行等待（這其實就是被阻塞了）。kernel開始執行這個systemcall，執行完畢後會嚮應用程序返回響應，應用程序得到響應後，就不再阻塞，並進行後面的工作。
例如，“在調用read 系統調用時，應用程序會阻塞並對內核進行上下文切換。然後會觸發讀操作，當響應返回時（從我們正在從中讀取的設備中返回），數據就被移動到用戶空間的緩衝區中。然後應用程序就會解除阻塞（read 調用返回）。”
舉一個淺顯的例子，就好比你去一個銀行櫃檯存錢。首先，你會將存錢的單子填好，然後交給櫃員。這裏，你就好比是application，單子就是調用的systemcall，櫃員就是kernel。提交好單子後，你就坐在櫃檯前等，相當於開始進行等待。櫃員辦好以後會給你一個回執，表示辦好了，這就是response。然後你就可以拿着回執幹其它的事了。注意，這個時候，如果你辦完之後馬上去查賬，存的錢已經打到你的賬戶上了。後面你會發現，這點很重要。
接下來談同步非阻塞IO。
先看這個圖，
在linux下，應用程序可以通過設置文件描述符的屬性O_NONBLOCK，I/O操作可以立即返回，但是並不保證I/O操作成功。
也就是說，當應用程序設置了O_NONBLOCK之後，執行write操作，調用相應的system call，這個systemcall會從內核中立即返回。但是在這個返回的時間點，數據可能還沒有被真正的寫入到指定的地方。也就是說，kernel只是很快的返回了這個system call（這樣，應用程序不會被這個IO操作blocking），但是這個systemcall具體要執行的事情（寫數據）可能並沒有完成。而對於應用程序，雖然這個IO操作很快就返回了，但是它並不知道這個IO操作是否真的成功了，如果想知道，需要應用程序主動地去問kernel。
這次不是去銀行存錢，而是去銀行匯款。同樣的，你也需要填寫匯款單然後交給櫃員，櫃員進行一些簡單的手續處理就能夠給你回執。但是，你拿到回執並不意味着錢已經打到了對方的賬上。事實上，一般匯款的週期大概是24個小時，如果你要以存錢的模式來匯款的話，意味着你需要在銀行等24個小時，這顯然是不現實的。所以，同步非阻塞IO在實際生活中也是有它的意義的。
再來談談異步阻塞IO。
在linux中，常常通過select/poll來實現這種機制。
以圖爲例，
和之前一樣，應用程序要執行read操作，因此調用一個system call，這個systemcall被傳遞給了kernel。但在應用程序這邊，它調用systemcall之後，並不等待kernel返回response，這一點是和前面兩種機制不一樣的地方。這也是爲什麼它被稱爲異步的原因。但是爲什麼稱其爲阻塞呢？這是因爲雖然應用程序是一個異步的方式，但是select()函數會將應用程序阻塞住，一直等到這個systemcall有結果返回了，再通知應用程序。也就是說，“在這種模型中，配置的是非阻塞 I/O，然後使用阻塞
select 系統調用來確定一個 I/O描述符何時有操作。”
所以，從IO操作的實際效果來看，異步阻塞IO和第一種同步阻塞IO是一樣的，應用程序都是一直等到IO操作成功之後（數據已經被寫入或者讀取），纔開始進行下面的工作。異步阻塞IO的好處在於一個select函數可以爲多個描述符提供通知，提高了併發性。
關於提高併發性這點，我們還以銀行爲例說明。比如說一個銀行櫃檯，現在有10個人想存錢。按照現在銀行的做法，一個個排隊。第一個人先填存款單，然後提交，然後櫃員處理，然後給回執，成功後再輪到下一個人。大家應該都在銀行排過對，這樣的流程是很痛苦的。如果按照異步阻塞的機制，10個人都填好存款單，然後都提交給櫃檯，提交完之後所有的10個人就在銀行大廳等待。這時候會專門有個人，他會了解存款單處理的情況，一旦有存款單處理完畢，他會將回執交給相應的正在大廳等待的人，這個拿到回執的人就可以去幹其他的事情了。而前面提到的這個專人，就對應於select函數。
最後，談談異步非阻塞IO。
這個概念相對前面兩個反而更容易理解一些。
如圖所示，應用程序提交read請求的systemcall，然後，kernel開始處理相應的IO操作，而同時，應用程序並不等kernel返回響應，就會開始執行其他的處理操作（應用程序沒有被IO操作所阻塞）。當kernel執行完畢，返回read的響應，就會產生一個信號或執行一個基於線程的回調函數來完成這次 I/O 處理過程。
比如銀行存錢。現在某銀行新開通了一項存錢業務。用戶之需要將存款單交給櫃檯，然後無需等待就可以離開了。櫃檯辦好以後會給用戶發送一條短信，告知交易成功。這樣用戶不需要在櫃檯前進行長時間的等待，同時，也能夠得到確切的消息知道交易完成。
從前面的介紹中可以看出，所謂的同步和異步，在這裏指的是application和kernel之間的交互方式。如果application不需要等待kernel的迴應，那麼它就是異步的。如果application提交完IO請求後，需要等待“回執”，那麼它就是同步的。
而阻塞和非阻塞，指的是application是否等待IO操作的完成。如果application必須等到IO操作實際完成以後再執行下面的操作，那麼它是阻塞的。反之，如果不等待IO操作的完成就開始執行其它操作，那麼它是非阻塞的。