基本概念

内核空间是操作系统内核访问的区域，独立于普通的应用程序，是受保护的内存空间。
用户空间是普通应用程序可访问的内存区域，用户态的程序不能随意操作内核地址空间，这样对操作系统具有一定的安全保护作用。

网络IO

网络I/O的本质是socket的读取，socket在Linux系统被抽象为流，I/O可以理解为对流的操作。这个操作又分为两个阶段：

等待流数据准备（waiting for the data to be ready）
从内核向进程复制数据（copying the data from the kernel to the process）

对于socket流而言:

第一步通常涉及等待网络上的数据分组到达，然后被复制到内核空间
第二步把数据从内核空间复制到用户空间

Unix网络编程中的五种IO模型

Blocking IO - 阻塞IO
NoneBlocking IO - 非阻塞IO
IO multiplexing - IO多路复用
signal driven IO - 信号驱动IO
asynchronous IO - 异步IO

Blocking IO - 阻塞IO

阻塞IO，指的是需要内核IO操作彻底完成后，才返回到用户空间，执行用户的操作。阻塞指的是用户空间程序的执行状态，用户空间程序需等到IO操作彻底完成。传统的IO模型都是同步阻塞IO。在java中，默认创建的socket都是阻塞的。

优点：程序简单，在阻塞等待数据期间，用户线程挂起。用户线程基本不会占用 CPU 资源。
缺点：一般情况下，会为每个连接配套一条独立的线程，或者说一条线程维护一个连接成功的IO流的读写。在并发量小的情况下，这个没有什么问题。但是，当在高并发的场景下，需要大量的线程来维护大量的网络连接，内存、线程切换开销会非常巨大。因此，BIO模型在高并发场景下是不可用的

NoneBlocking IO - 非阻塞IO

非阻塞IO，指的是用户程序不需要等待内核IO操作完成后，内核立即返回给用户一个状态值，用户空间无需等到内核的IO操作彻底完成，可以立即返回用户空间，执行用户的操作，处于非阻塞的状态，但是需要不断轮询内核以确认IO状态

优点：每次发起的 IO 系统调用，在内核的等待数据过程中可以立即返回。用户线程不会阻塞
缺点：需要不断的重复发起IO系统调用，这种不断的轮询，将会不断地询问内核，这将占用大量的 CPU 时间，系统资源利用率较低，NIO模型在高并发场景下，也是不可用的。一般 Web 服务器不使用这种 IO 模型。一般很少直接使用这种模型，而是在其他IO模型中使用非阻塞IO这一特性。java的实际开发中，也不会涉及这种IO模型

IO multiplexing - IO多路复用

IO多路复用指利用采用单个（或少量）线程来处理多个网络连接IO请求

IO 多路复用其实就是基于 NIO 的基础上加入了事件机制，程序会注册一组 socket 文件描述符给操作系统，然后监视这些 fd 是否有 IO 事件发生，如果有，程序会被通知，IO 多路复用的方式主要有 select、poll、epoll，这三个函数都会进行阻塞，所以可以放在 while(true)循环里使用，不会造成 CPU 的空转，后续文章单独介绍三者的区别

优点：用极少的线程处理大量的连接

signal driven IO - 信号驱动IO

信号驱动式 I/O 是指进程预先告知内核，向内核注册一个信号处理函数，然后进程返回不阻塞，当内核数据就绪时会发送一个信号给进程,用户进程便在信号处理函数中调用IO读取数据，实际上IO内核拷贝到用户进程的过程还是阻塞的，信号驱动IO并没有实现真正的异步

优点：进程没有收到SIGIO信号之前，不被阻塞，可以做其他事情。
缺点：当数据量变大时，信号产生太频繁，性能非常低，内核需要不断的把数据复制到用户态。

asynchronous IO - 异步IO

应用进程执行 aio_read 系统调用会立即返回，应用进程可以继续执行，不会被阻塞，内核会在所有操作完成之后向应用进程发送信号。
异步 I/O 与信号驱动 I/O 的区别在于，异步 I/O 的信号是通知应用进程 I/O 完成，而信号驱动 I/O 的信号是通知应用进程可以开始 I/O。

区别

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IO模型