异步 I/O（Asynchronous I/O，简称 AIO） 是一种输入/输出（I/O）操作模型，在这种模型中，应用程序发起 I/O 请求后，无需等待操作完成，而是继续执行其他任务。当 I/O 操作完成时，操作系统会通过某种机制（如回调、信号、事件等）通知应用程序，告知其 I/O 操作已经完成。
与同步 I/O 模型（例如阻塞 I/O）相比，异步 I/O 允许应用程序在等待 I/O 操作完成时并行执行其他任务，避免了因 I/O 阻塞而造成的性能瓶颈。
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select、poll 或 epoll 等机制等待多个 I/O 操作的完成。这种方式通常不阻塞线程，但需要对多个 I/O 事件进行轮询。异步 I/O 在许多需要高并发、低延迟的网络和系统中被广泛使用。常见的应用场景包括：
不同的操作系统和编程语言提供了不同的方式来实现异步 I/O。
io_uring（5.1 内核引入）和传统的 AIO（异步 I/O）接口，允许应用程序请求异步文件操作，操作系统在操作完成时通知应用程序。OVERLAPPED 结构和异步 I/O API。应用程序发起异步 I/O 请求时，Windows 会立即返回，I/O 完成后通过事件或回调通知应用程序。net 包提供了异步非阻塞的网络 I/O 模型，适合高并发的网络应用。asyncio 库，可以方便地实现异步 I/O，尤其在处理大量网络请求时非常高效。异步 I/O 常常采用 回调函数的方式进行通知。当 I/O 操作完成时，操作系统或框架通过调用预先注册的回调函数来通知应用程序。
例如，Node.js 中使用回调函数来处理异步 I/O 操作：
const fs = require('fs');
// 异步读取文件
fs.readFile('file.txt', 'utf8', (err, data) => {
if (err) {
console.log('Error:', err);
} else {
console.log('File content:', data);
}
});
在这个例子中，readFile 是一个异步操作，文件读取完成后会触发回调函数，处理文件内容。
事件驱动编程（如 Node.js 中的事件循环）是实现异步 I/O 的常见方式。在这种模型中，程序执行时并不等待 I/O 完成，而是将所有 I/O 操作交给操作系统，并继续执行其他任务。操作系统完成 I/O 后通过事件通知应用程序进行后续处理。
// Node.js 异步 I/O 使用事件循环模型
const net = require('net');
const server = net.createServer((socket) => {
socket.write('Hello World!\n');
socket.end();
});
server.listen(8080, () => {
console.log('Server is listening on port 8080');
});
在上面的例子中，net.createServer 是异步的，服务器会监听端口并在有连接时回调处理函数。事件循环机制会确保在 I/O 完成时进行回调。
异步 I/O 是高效处理 I/O 操作的一种方式，通过非阻塞方式提高并发性能，避免因 I/O 操作阻塞而浪费 CPU 资源。异步 I/O 适用于需要高并发和低延迟的应用，如 Web 服务器、实时通信、文件处理等。尽管其实现相对复杂，但它是现代高性能、可扩展网络应用的基础。