转载自https://github.com/Snailclimb/JavaGuide （添加小部分笔记）感谢作者!

https://zhuanlan.zhihu.com/p/360878783 IO多路复用讲解，这是一个与系统底层有关的知识点，需要一些操作系统调用代码才知道IO多路复用省的时间。

I/O #

何为I/O #

• I/O(Input/Output)，即输入/输出 从计算机结构的角度来解读一下I/O，根据冯诺依曼结构，计算机结构分为5大部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 其中，输入设备：键盘；输出设备：显示器 网卡、硬盘既属于输入设备也属于输出设备
• 输入设备向计算机输入（内存）数据，输出设备接收计算机（内存）输出的数据，即I/O描述了计算机系统与外部设备之间通信的过程
• 从应用程序的角度解读I/O
  • 为了保证系统稳定性和安全性，一个进程的地址空间划分为用户空间User space和内核空间Kernel space kernel 英[ˈkɜːnl]
  • 平常运行的应用程序都运行在用户空间，只有内核空间才能进行系统态级别的资源有关操作—文件管理、进程通信、内存管理
  • 如果要进行IO操作，就得依赖内核空间的能力，用户空间的程序不能直接访问内核空间
  • 用户进程要想执行IO操作，必须通过系统调用来间接访问内核空间
• 对于磁盘IO（读写文件）和网络IO（网络请求和响应），从应用程序视角来看，应用程序对操作系统的内核发起IO调用（系统调用），操作系统负责的内核执行具体IO操作
  • 应用程序只是发起了IO操作调用，而具体的IO执行则由操作系统内核完成
• 应用程序发起I/O后，经历两个步骤
  • 内核等待I/O设备准备好数据
  • 内核将数据从内核空间拷贝到用户空间

有哪些常见的IO模型 #

UNIX系统下，包括5种：同步阻塞I/O，同步非阻塞I/O，I/O多路复用、信号驱动I/O和异步I/O

Java中3中常见I/O模型 #

BIO (Blocking I/O ) #

• 应用程序发起read调用后，会一直阻塞，直到内核把数据拷贝到用户空间

NIO (Non-blocking/New I/O) #

• 对于java.nio包，提供了Channel、Selector、Buffer等抽象概念，对于高负载高并发，应使用NIO
• NIO是I/O多路复用模型，属于同步非阻塞IO模型

  • 一般的同步非阻塞 IO 模型中，应用程序会一直发起 read 调用。
    等待数据从内核空间拷贝到用户空间的这段时间里，线程依然是阻塞的**，**直到在内核把数据拷贝到用户空间。

    相比于同步阻塞 IO 模型，同步非阻塞 IO 模型确实有了很大改进。通过轮询操作，避免了一直阻塞。

    但是，这种 IO 模型同样存在问题：应用程序不断进行 I/O 系统调用轮询数据是否已经准备好的过程是十分消耗 CPU 资源的。

    ★★ 也就是说，【准备数据，数据就绪】是不阻塞的。而【拷贝数据】是阻塞的

  • I/O多路复用 线程首先发起select调用，询问内核数据是否准备就绪，等准备好了，用户线程再发起read调用，r**ead调用的过程（数据从内核空间–>用户空间）**还是阻塞的

    IO 多路复用模型，通过减少无效的系统调用，减少了对 CPU 资源的消耗。

    Java 中的 NIO ，有一个非常重要的选择器 ( Selector ) 的概念，也可以被称为 多路复用器。通过它，只需要一个线程便可以管理多个客户端连接。当客户端数据到了之后，才会为其服务。

  • Selector，即多路复用器，一个线程管理多个客户端连接

AIO(Asynchronous I/O ) #

• 异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作 如图
  

三者区别 #