NIO原理浅析（一）

IO简介

摘抄了下维基百科对IO的定义，Input/Output，输入和输出，通常指数据在存储器或者其他周边设备之间的输出和输入，输入是系统接收到信号或者数据，输出则是从系统发送的信号或数据。

Java IO 读写原理

Java中文件IO是Java层面上的应用开发，Socket是linux底层开发，都属于输入Input和输出Output的处理，简称IO读写。在原理上和处理流过程一致，区别仅仅是参数的不同。

对程序进行IO操作，基本上会用到read&write两大系统调用。可能不同的操作系统，名称不一样，功能却是一样的。

read系统调用，是将数据从内核缓冲区中复制到进程缓冲区，而write系统调用，是将数据从进程缓冲区复制到内核缓冲区。这两个系统调用，都不会负责数据在内核缓冲区和磁盘之间的交换。底层的读写，是由操作系统kernel内核完成的。

关于用户进程缓冲区和内核缓冲区的概念，可以参考一下这篇文档, 这边简述一下这两个概念：

1. 用户进程缓冲区

用户进程通过调用访问系统资源的时候，需要切换到内核态，切换到内核态一般需要进行进程上下文的切换，这种切换需要消耗大量的时间， 用户缓冲区的目的是为了减少系统调用的次数，从而降低操作系统在用户态和核心态切换耗费的时间。

2. 内核进程缓冲区

当一个用户进程要从磁盘读取数据时，内核一般不会直接读取磁盘，而是将内核缓冲区中的数据复制到进程缓冲区中。但若是内核缓冲区中没有数据，内核会把对数据块的请求，加入到请求队列，然后把进程挂起，为其它进程提供服务。

等到数据已经读取到内核缓冲区时，把内核缓冲区中的数据读取到用户进程中，才会通知进程。

read是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区。write是把进程缓冲区复制到内核缓冲区。write并不一定导致内核的写动作，比如os可能会把内核缓冲区的数据积累到一定量后，再一次写入。这也就是为什么断电有时会导致数据丢失。所以说内核缓冲区，是为了在OS级别，提高磁盘IO效率，优化磁盘写操作。

下图描述了每个进程4G地址空间的分配情况，具体内容请参考Linux 内核空间与用户空间

我们画个简图描述一下操作系统进行IO读写的过程是如何的

1、运行的java程序可能需要从磁盘中读取一些文件信息

2、调用java语言的api发起这次请求

3、api底层从用户缓冲区中去读取数据

4、如果用户缓冲区中有值，直接读取数据，如果没有缓存，则会发起系统read&write，去检查内核缓冲区是否有值

5、内核缓冲区没有值，业务进程就会挂起等待

6、内核缓冲区会去IO设备里面去读取数据，直到有数据能被读取