IO 模型

I/O 流是什么

I/O 流全拼 Input/Output stream，也就是我们常说的输入输出流。而数据传输过程类似于水流，因此称为 IO 流。输入就是从其他外部设备将数据加载到计算机内存中，输出就是从计算机内部输出到外部存储设备中（数据库、硬盘等）

IO 模型

首先我们要了解，一个输入操作一般有两个步骤：

1. 等待数据准备好
2. 从内核态拷贝到用户态

在《Linux 内核第一卷》这部书中有介绍 5 种 IO 模型，包括阻塞型 IO，非阻塞型 IO，多路复用 IO，信号驱动 IO，异步 IO。

1. 阻塞型 IO 模型

阻塞 IO 的进程从调用 recvfrom 到收到内核返回的成功只指示这一段时间都是阻塞的

2. 非阻塞 IO 模型

非阻塞 IO 和阻塞 IO 最大的不同点是在于等待数据的过程，拷贝的过程并无不同

在等待数据时，非阻塞 IO 会不停地轮询内核，查看是否准备好，直到数据准备好，这也是非常消耗 CPU 的，但是性能很高，因为线程不会停滞于此，可以去做一些其他的事情

[!note] 阻塞 IO 还是非阻塞 IO 区别主要体现在数据准备阶段，同步 IO 和异步 IO 的区别主要体现在数据拷贝阶段

3. 同步 IO VS 异步 IO

其实上面提到的两种 IO 模型都属于同步 IO 模型，同步和异步主要看请求发起方对消息结果的获取方式，是主动获取还是被动通知

4. 多路复用 IO 模型

复用 IO 会阻塞于 select ，等待数据报准备好，然后调用 recvfrom 将数据拷贝到用户态，从图上来看和阻塞 IO 模型没什么区别，但是使用 select 可以等待多个数据报准备好

5. 信号驱动 IO 模型

信号驱动 IO 是通过系统直接调用 sigaction 安装一个信号处理程序，并立刻返回，进程继续执行，知道数据报准备好，发送 SIGIO 信号到该线程，然后调用 revfrom 将数据拷贝到用户态（非阻塞同步 IO）

6. 异步 IO 模型

进程在进行了系统调用后立即返回，并且由操作系统准备好数据并将数据拷贝到用户态，拷贝完成后通过一个信号通知应用进程。异步 IO 模型是一种很好的方案，能让用户进程在 2 个阶段中都不会被阻塞，但是很多操作系统底层仍然未支持

7. 总结

注意：

\[阻塞型 IO \bigcup 非阻塞型 IO = 所有 IO 类型\] \[同步 IO \bigcup 异步 IO = 所有 IO 类型\]

1. 阻塞型 IO 和非阻塞型 IO 已经是数学意义上的全集了，所以 IO 模型并不是并列关系
2. IO 模型不是孤立的，是可以叠加的，例如：非阻 IO 也可以是多路复用 IO ，只要符合当前 IO 模型特征那么他就可以说是某种 IO 模型
3. 不要混淆非阻塞型 IO 和多路复用 IO，两者❎不存在必然关系，准确来说多路复用 IO 属于同步非阻塞 IO

   Java 中的多种 IO 模型

我们常说的 BIO ，NIO，AIO 实际上就是以上部分 IO 模型在 Java 中的具体实现

BIO：阻塞IO

NIO：同步非阻塞 IO

AIO：异步 IO

虽然理论上来说，AIO 是性能最好的，但是目前由于各种限制也无法发挥出其性能，之前 Netty 也尝试过使用 AIO，但是由于性能提升并不明显也还是放弃了。所以目前来说 AIO 的应用还不够广泛

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