一、IO介绍
1.1 Java中IO的分类
以下部分源自网络相关资料。
- IO按照处理的数据类型可分为:
(1)面向字节操作的I/O接口：inputStream，outputStream
(2)面向字符操作的接口：Reader，Writer - IO按照数据的传输方式可分为：
(1)面向磁盘操作的I/O接口：File
(2)面向网络操作的I/O接口：Socket
1.2 Unix中的五种IO模型
以下分类的前提都是Linux/Unix环境下的网络IO，这点需要注意一下。
一个输入操作通常包括两个阶段:
- 等待数据准备好
- 从内核向进程复制数据
对于一个套接字上的输入操作，第一步通常涉及等待数据从网络中到达。当所等待数据到达时，它被复制到内核中的某个缓冲区。第二步就是把数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区。
Unix中有五种I/O模型:
- 阻塞式I/O
- 非阻塞式I/O
- I/O复用
- 信号驱动I/O
- 异步I/O
阻塞I/O模型:
最常见的一种IO模型，之前介绍过，一个read操作是分两个阶段的，第一个阶段是，等待数据准备就绪，第二个阶段是将数据拷贝到调用这个IO的线程中。阻塞是发生在第一个阶段的，当数据没有准备好时，会一直阻塞用户线程，当数据就绪后再将数据拷贝到线程中，并返回结果给用户线程。
通过介绍了阻塞IO，我们很容易就会发现它的问题，那就是阻塞会是用户线程无法进行任何运算和请求。一般我们的处理这种问题的情况是使用多线程，每个链接创建一个线程，或是使用线程池来管理线程，或许可以缓解部分压力，但是不能解决所有问题。多线程模型可以方便高效的解决小规模的服务请求，但面对大规模的服务请求，多线程模型也会遇到瓶颈，可以用非阻塞接口来尝试解决这个问题。
非阻塞式I/O
非阻塞IO模型是这样一个过程，当应用程序发起一个read操作时，并不会阻塞，而是立刻会收到一个结果。应用程序的线程发现返回结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。
这样的一个过程，其实是需要用户线程不断的去询问系统是否准备好了数据，这样就会一直占用CPU资源。但是这种模型是在只专门提供某种功能的系统才有。
多路I/O复用技术
在介绍多路复用I/O时就要先简单说明一下，select函数和poll函数。
select函数
select函数允许进程指示内核等待多个事件中的任何一个事件发生，并且只在有一个或多个事件发生或经历一段指定的时间后才唤醒它。
举个例子，我们可以调用select，告知内核仅在下列情况发生时才返回：
集合 {1,4,5} 中的任何描述符准备好读；
集合 {2,7} 中的任何描述符准备好写；
集合 {1,4} 中的任何描述符有异常条件待处理；
已经经历10.2秒；
也就是说，我们调用select告知内核对哪些描述符（读、写或异常条件）感兴趣以及等待多长时间。
poll函数
poll函数起源于SVR3，最初局限于流设备。SVR4取消了这种限制，允许poll工作在任何描述符上。poll函数提供的功能与select函数类似，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。
select函数和poll函数将就绪的文件描述符告诉进程后，如果进程没有对其进行IO操作，那么下次调用select函数或者poll函数时会再次报告这些文件描述符， 所以他们一般不会丢失就绪的消息，这种方式称为水平触发(Level Triggered)。
简单的解了select函数和poll函数后，下面我们就继续说多路I/O复用模型。多路IO复用模型就是调用select或poll函数，并且此模型的阻塞过程就是发生在调用这两个函数中的，而不是发生在真正的的I/O系统调用上的，使用select或poll的好处在于可以用单个线程或进程，处理多个网络连接的IO。整个过程就是select或poll函数会不断的轮询所负责的socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户线程或进程。