IO的四种模型，BIO，NIO

IO的四种模型

同步和阻塞的概念

阻塞：阻塞IO指的是需要内核IO操作彻底完成后，才返回到用户空间执行用户的操作。

同步：同步IO是指用户空间的现成主动发起IO请求，内核空间被动接受。异步IO就是反过来。

模型

• 同步阻塞IO（BIO）
• 同步非阻塞IO（NIO）
• IO多路复用
• 异步IO

同步阻塞IO

java中默认情况下，socket连接的IO操作都是BIO。

java应用程序从IO系统调用开始，知道系统调用返回，java进程是阻塞的。

如图：

优点：应用程序开发简单；在阻塞等待数据期间，用户现成挂起。

缺点：需要大量的线程来维护大量的网络连接，内存、现成切换开销回非常巨大。

同步非阻塞NIO

socket连接默认是阻塞模式，在linux系统下，可以通过设置将socket变成非阻塞的模式。

应用程序开始IO系统调用后，会出现以下两种情况：

（1）在内核缓冲区中没有数据的情况下，系统调用会立即返回，返回一个调用失败的信息。

（2）在内核缓冲区中有数据的情况下，是阻塞的，直到数据从内核缓冲复制到用户进程缓冲。复制完成后，系统调用返回成功，应用进程开始处理用户空间的缓存数据。

优点：每次发起IO系统调用，在内核等待数据过程中可以立即返回。用户现成不会阻塞，实时性较好。

缺点：不断轮训内核，这将占用大量的CPU时间，效率低下。

同步非阻塞IO，可以简称为NIO，但是它不是java中的NIO。java的NIO（New IO）对应的多路复用模型。

IO多路复用

IO多路复用模型可以解决同步非阻塞IO模型中轮询等待的问题。

IO多路复用模型中，引入了一种新的系统调用，查询IO的就绪状态。在Liunx系统中，对应的系统调用为select/epoll系统调用。通过该系统调用，一个进程可以监视多个文件描述符，一旦某个描述符就绪，内核能够将就绪的状态返回给应用程序。随后，应用程序根据就绪的状态，进行相应的IO系统调用。

优点：与一个线程维护一个连接的阻塞IO模式相比，使用select/epoll的最大有事在于，一个选择器查询线程可以同时处理成千上万个连接。系统不必创建大量的线程，也不必维护这些线程，从而大大减少了系统的开销。

缺点：本质上，select/epoll系统调用是阻塞式的，属于同步IO。都需要在读写时间就绪后，由系统调用本身负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的。

异步IO模型

AIO的基本流程是：用户线程通过系统调用，向内核注册某个IO操作。内核在整个IO操作完成后，通知用户程序，用户执行后续的业务操作。

优点：在内核等待数据和复制数据的两个阶段，用户线程都不是咋舌的，用户现成需要接收内核的IO操作完成时间，或者用户线程需要注册一个IO操作完成的回调函数。

缺点：应用线程仅需要进行事件的注册与计收，其余的工作都留给了操作系统，也就是说，需要底层内核提供支持。

本身参考：Netty、Redis、Zookeeper高并发实战尼恩 著