Unix的五種IO模型介紹

前言

以前打算總結一下Java的BIO（IO），AIO，NIO，最後一步步深刻，發現Unix（Linux）的IO模型須要提早掌握，因此先總結一下Unix的IO模型。

概述

Java IO 與 Unix IO 的關係（非嚴格對應）

Unix網絡編程中介紹了五種IO模型，分別是：阻塞IO、非阻塞IO、IO多路複用、信號驅動IO、異步IO。
Java的IO模型與Unix的IO模型的對應關係以下所示（這個對應關係並不嚴格）：

Java-IO模型	Unix-IO模型
BIO	阻塞式IO
NIO	IO多路複用
AIO	異步IO

數據的內核態和用戶態

在進行IO模型講解以前，先講講數據的兩個狀態：內核態和用戶態。
咱們將文件從磁盤加載到內存中。操做系統是怎麼作的？
第一步：由於咱們的全部程序，都是和操做系統的內核進行交互，因此文件首先是從磁盤加載到內核，這時候文件是處於內核態。
第二步：文件從內核再加載到內存中，應用程序此時才能夠在內存中進行讀寫操做。這個時候的文件就是內核態。
因此Unix的五種IO模型的不一樣指出，就是這兩個步驟的處理流程不一樣。

Unix五種IO模型分別介紹

阻塞式IO

這種模式很簡單，系統給調用recvfrom函數以後，線程一直處於等待狀態，一直等到：
第一步文件加載到內核態完成，第二步文件加載到用戶態完成。

非阻塞IO

系統不停的經過recvfrom進行輪詢，一直到第一步完成，而後在第二步阻塞式的將數據從內核態加載到用戶態。
這裏的非阻塞IO模式，主要是指第一步，加載數據到內核態，這個過程是非阻塞的，經過輪詢來判斷數據是否在內核準備好。

IO多路複用

系統首先經過select，阻塞式的查看內核數據是否準備完畢。
當內核數據加載完成以後，系統會調用recvfrom，將內核態的數據加載到用戶態。
這裏看起來第一步和第二步都是阻塞式操做，可是，select能夠在極小代價的狀況下，同時處理多個文件句柄（包括socket）。

信號驅動IO

第一步，至關於系統註冊一個回調函數，當內核數據準備好了以後通知我。
此時系統能夠作其餘的事情，並不須要阻塞式的等待內核數據。
第二步，阻塞式調用recvfrom，將內核的數據加載到用戶態。

異步IO

這個模型在理論上來講，是真正的異步模型，由於在以上四種模型中，在第二步：數據從內核態加載到用戶態，都是同步操做。
而在該模型中，系統在加載文件的時候，只須要經過aio_read註冊一個回調，當文件完成了內核態，用戶態的加載以後，通知當前系統。
在這個過程當中，系統不用等待，能夠執行其餘的運算任務。

彙總對比

這張圖是對以上五種IO模型的彙總比較，總的來講，越靠後的模型在理論上來講就越高效。
前面的四種IO模型【阻塞IO、非阻塞IO、IO多路複用、信號驅動IO】，都屬於同步IO，只有最後一種模型是真正的異步【異步IO】

系統調用介紹

1.Java的NIO老版本使用的是select模式，但後來改爲了epoll，爲何？

由於select是輪詢的模式，不停的檢查文件句柄的狀態。
epoll是callback的模式，當文件句柄準備好了以後，直接進行回調，更高效。

2.Java有真正的AIO模式嗎？

在Windows系統下，經過IOCP實現。
在Linux系統下，沒有，由於Linux系統下的AIO底層還是epoll。
（我的猜想，這也是爲何Netty使用了NIO，而沒有使用AIO）

他山之石

以對話的形式講述，比較易於理解
漫話：如何給女友解釋什麼是Linux的五種IO模型？

數據的內核態，用戶態，這篇文章也有講到，同時介紹了高效的數據傳輸方式：
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