JavaI/O模型
1.阻塞和非阻塞
1.1阻塞式I/O
首先要搞清楚的是，一个I/O过程，在任何操作系统下，都分为两个过程：
- 应用程序在用户态下发出I/O请求（系统调用），等待内核空间数据准备完成
- 操作系统在内核态下去读取I/O驱动中的实际数据，并将数据复制到用户空间
可以看到首先应用进程要发出请求，此时系统会切换至内核态，去查询内核空间是否已经有读入的数据，比如TCP连接中，报文会经由网络以二进制的形式传输，如果此时去调用该Socket的recvfrom()方法，由于一个完整的包还在传输过程中，内核空间并没有完整的TCP包，所以就会出现等待数据的情况，等待数据的过程中，操作系统会阻塞调用recvfrom()方法的线程，直到数据准备好以后才会返回，这种I/O过程就是阻塞式I/O。
简而言之，阻塞式I/O是在I/O第一个阶段发生了阻塞。
网络 I/O 的情况就是等待远端数据陆续抵达；磁盘I/O的情况就是等待磁盘数据从磁盘上读取到内核态内存中。
Socket socket = new Socket();
socket.getInputStream().read();在Java中，基于流的操作是阻塞式的I/O操作，在内核准备好能读取到用户空间的数据之前，read()方法会阻塞当前线程。
1.2非阻塞式I/O
非阻塞式I/O和阻塞式I/O相对，就是在I/O第一个阶段不进行阻塞。
由图片可知，应该进程调用系统的recvfrom()方法，如果内核中没有准备好数据，则直接返回一个错误码（EWOULDBLOCK）。
在应用中使用非阻塞I/O一般遵循以下流程：
- 首先将I/O操作设置为
NONBLOCK（非阻塞）就是告诉内核，当所请求的I/O操作无法完成时，不要将线程睡眠，而是返回一个错误码(EWOULDBLOCK) ，这样请求就不会阻塞。 - I/O操作函数将不断的测试数据是否已经准备好，如果没有准备好，则继续轮询执行函数，直到数据准备好为止。（有点像自旋锁的概念）
- 数据准备好了，从内核拷贝到用户空间。
此种I/O模型优点是线程不会阻塞，减少了线程切换带来的开销。但缺点是需要不断地轮询、重复请求，消耗了大量的 CPU 的资源。
// NIO模拟非阻塞I/O过程，但实际应用中请千万不要这样使用 ！！
// 这段代码只是演示传统非阻塞式I/O应用，实际JavaNIO并不这样使用！
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
// 设置为非阻塞式I/O
socketChannel.configureBlocking(false);
while(true) {
// 如果有数据准备好，则会将数据从内核空间写入Buffer
// 否则什么也不做并返回函数
socketChannel.read(Buffer);
}上面就是Java中NIO的基础部分，将I/O通道设置为非阻塞式通道，然后可以通过轮询实现传统的非阻塞式I/O，但事实上Java中NIO并不是单纯地非阻塞式I/O。
2.同步和异步
有很多人认为同步就是阻塞，异步就是非阻塞，这完全是一种误解。
这里先来一通高大上的讲解：
同步与异步同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
- 所谓同步就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。
- 而异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。
作者：严肃
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2.1同步I/O
首先，上面讲述的两种I/O模型，都是同步的I/O模型
什么是同步I/O呢？只要是在应用的一个线程内，必须顺序的去执行I/O操作，而且线程等待I/O操作的完成，这就是同步的I/O，拿上面的例子说，无论是阻塞式还是非阻塞式I/O，必须要在这个线程内完成从内核空间中读数据到用户空间，或者从用户空间写数据到内核空间
所以同步I/O肯定是对它的调用者有阻塞的，因为从内核空间写入用户空间的过程，是需要时间去完成，而这个操作是在调用它的线程内完成，所以该线程需要阻塞等待。
2.2异步I/O
异步I/O在Java中只有一种模型，就是AIO实现的异步I/O
但是由于AIO不是我们讨论的重点，所以就不展开叙述。
那什么是异步I/O呢？异步I/O就是线程调用了异步I/O的方法，这个方法可以没有任何返回值，线程会继续运行，而这个方法会在操作系统的安排下运行全套的I/O操作，操作完以后，再向调用方法的线程汇报一下，工作完成了！
可以看出，异步I/O对于调用它的线程可以说是完全无阻塞的，而所有的操作都被操作系统安排的明明白白，可以大大减少程序运行中由于阻塞带来的CPU开销。
3.多路复用I/O和JavaNIO
3.1操作系统的I/O多路复用
对于操作系统来说：
虽然I/O多路复用的函数也是阻塞的，但是其与以上两种还是有不同的，I/O多路复用是阻塞在select，epoll这样的系统调用之上，而没有阻塞在真正的I/O系统调用如recvfrom之上。如图
多路复用I/O比阻塞IO并没有什么优越性，关键是能实现同时对多个IO端口进行监听。
这个说法对于操作系统来说确实没什么问题，但是对于应用程序和程序员来说，就有很大的不一样。
3.2JavaNIO
JavaNIO事实上就是基于操作系统的I/O多路复用实现的。
上文我们也提到，I/O多路复用对于程序性能会有很大的提升，是因为I/O多路复用可以使用一个线程操作多个本应该多线程并发进行的I/O。这样就减少了多线程的开销，减少了线程切的代价。
特别是对于服务器来说，如果使用阻塞式I/O操作和多线程实现的话，就会如下图，每一个建立到服务器的连接都需要一个单独的线程来完成I/O操作。
但是如果使用NIO的话，我们就能实现如下的I/O模式：
4.回顾总结
- Java中四种I/O模型：同步阻塞I/O，同步非阻塞I/O(NIO)，多路复用I/O(NIO)，异步I/O(AIO)。
- NIO优点：减少多线程开销，对于并发访问量大的服务器软件更有效