IO在計算機中指Input/Output，也就是輸入和輸出。由于程序和運行時數(shù)據(jù)是在內(nèi)存中駐留，由CPU這個超快的計算核心來執(zhí)行，涉及到數(shù)據(jù)交換的地方，通常是磁盤、網(wǎng)絡等，就需要IO接口。

比如你打開瀏覽器，訪問新浪首頁，瀏覽器這個程序就需要通過網(wǎng)絡IO獲取新浪的網(wǎng)頁。瀏覽器首先會發(fā)送數(shù)據(jù)給新浪服務器，告訴它我想要首頁的HTML，這個動作是往外發(fā)數(shù)據(jù)，叫Output，隨后新浪服務器把網(wǎng)頁發(fā)過來，這個動作是從外面接收數(shù)據(jù)，叫Input。所以，通常，程序完成IO操作會有Input和Output兩個數(shù)據(jù)流。當然也有只用一個的情況，比如，從磁盤讀取文件到內(nèi)存，就只有Input操作，反過來，把數(shù)據(jù)寫到磁盤文件里，就只是一個Output操作。

IO編程中，Stream（流）是一個很重要的概念，可以把流想象成一個水管，數(shù)據(jù)就是水管里的水，但是只能單向流動。Input Stream就是數(shù)據(jù)從外面（磁盤、網(wǎng)絡）流進內(nèi)存，Output Stream就是數(shù)據(jù)從內(nèi)存流到外面去。對于瀏覽網(wǎng)頁來說，瀏覽器和新浪服務器之間至少需要建立兩根水管，才可以既能發(fā)數(shù)據(jù)，又能收數(shù)據(jù)。

由于CPU和內(nèi)存的速度遠遠高于外設的速度，所以，在IO編程中，就存在速度嚴重不匹配的問題。舉個例子來說，比如要把100M的數(shù)據(jù)寫入磁盤，CPU輸出100M的數(shù)據(jù)只需要0.01秒，可是磁盤要接收這100M數(shù)據(jù)可能需要10秒，怎么辦呢？有兩種辦法：

第一種是CPU等著，也就是程序暫停執(zhí)行后續(xù)代碼，等100M的數(shù)據(jù)在10秒后寫入磁盤，再接著往下執(zhí)行，這種模式稱為同步IO；

另一種方法是CPU不等待，只是告訴磁盤，“您老慢慢寫，不著急，我接著干別的事去了”，于是，后續(xù)代碼可以立刻接著執(zhí)行，這種模式稱為異步IO。

同步和異步的區(qū)別就在于是否等待IO執(zhí)行的結(jié)果。好比你去麥當勞點餐，你說“來個漢堡”，服務員告訴你，對不起，漢堡要現(xiàn)做，需要等5分鐘，于是你站在收銀臺前面等了5分鐘，拿到漢堡再去逛商場，這是同步IO。

你說“來個漢堡”，服務員告訴你，漢堡需要等5分鐘，你可以先去逛商場，等做好了，我們再通知你，這樣你可以立刻去干別的事情（逛商場），這是異步IO。

很明顯，使用異步IO來編寫程序性能會遠遠高于同步IO，但是異步IO的缺點是編程模型復雜。想想看，你得知道什么時候通知你“漢堡做好了”，而通知你的方法也各不相同。如果是服務員跑過來找到你，這是回調(diào)模式，如果服務員發(fā)短信通知你，你就得不停地檢查手機，這是輪詢模式?？傊?，異步IO的復雜度遠遠高于同步IO。

操作IO的能力都是由操作系統(tǒng)提供的，每一種編程語言都會把操作系統(tǒng)提供的低級C接口封裝起來方便使用，Python也不例外。我們后面會詳細討論Python的IO編程接口。

注意，本章的IO編程都是同步模式，異步IO由于復雜度太高，后續(xù)涉及到服務器端程序開發(fā)時我們再討論。