UNIX中的五种I/O模型

在Java网络编程中，应用的较多的主要有BIO，NIO俩种模型，前者为传统的阻塞IO模型，后者为Java1.4后来新加入的非阻塞IO模型，由于后者的性能前者要高出很多，所以开发高性能的应用时，基本都会选择NIO模型。最典型的比如大名鼎鼎的Netty框架就是基于NIO开发的（Netty框架几乎无处不在，）。另外还有一种不太常用的Java1.7中新加入的AIO模型，是NIO的2.0版本，应用较少，与NIO的主要区别在于AIO是基于事件回调的。

所有Java的这些IO模型都是基于底层来实现的，我们先来简单了解下操作系统层面上的IO模型，了解之后会对Java的实现理解有一定的帮助。在Unix网络编程一书中定义了5种I/O模型

阻塞式I/O

这是最简单也是最早出现的I/O模型。来看一下该模型的流程图

源自UNIX网络编程

进行IO操作时，进程调用recvfrom，该函数会一直阻塞直到数据到达或者报错才能返回，从调用recvfrom开始到它返回的整段时间内是被阻塞的。这意味着我们的程序在这段等待的时间内做不了任何事情。

非阻塞I/O

当调用recvfrom没有数据可返回时，内核立即返回一个EWOULDBLOCK错误，直至数据报准备好时，才正常返回。我们可以对它进行轮询，查看是否有数据到来，但是这么做的缺点是比较耗费CPU时间。进程在返回之后，可以处理其他的业务逻辑，过会儿再发起recvform系统调用

I/O复用模型

该模型由select与poll，epoll函数支持，不再由应用程序监视连接，而由linux系统函数来做。这两个函数作用是内核一旦发现进程指定的一个或多个I/O条件就绪时，就会通知进程。

调用select或者poll，使其不阻塞在I/O系统调用上。只阻塞在select或者poll调用，等待数据报套接字变为可读。当套接字返回可读这一条件时，则调用recvfrom把数据读出。该模型的优势在于select可以同时等待多个描述符（一个socket的读写对应一个描述符）就绪。

IO复用的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是单个进程就可以同时处理多个网络连接的IO。与传统的多线程/多进程模型比，I/O多路复用的最大优势是系统开销小，系统不需要创建新的额外进程或者线程，也不需要维护这些进程和线程的运行，降底了系统的维护工作量，节省了系统资源。

信号驱动式I/O

与I/O复用模式区别在于，它可以让内核在描述符就绪时发送SIGIO信号通知我们。这种模型优势在于等待数据报到达期间进程不被阻塞。

异步I/O模型

进程会告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后通知我们，与信号驱动模型区别在于，信号模型通知我们何时可以启动一个I/O操作，异步模型通知我们I/O操作何时完成。在等待I/O完成期间，我们的进程不被阻塞。

比较

可以看出异步I/O模型的性能是最佳的，几乎无阻塞时间。

参考：UNIX网络编程