Java中的IO模型

Java中的IO模型有三种：

同步阻塞IO（BIO， JDK1.4之前就支持）
IO多路复用（NIO, JDK1.4版本支持，java.nio包）
异步IO（AIO, JDK1.7中支持）

其中IO多路复用，也属于同步IO。另外在Unix系统中，除了上面3中IO模型之外还有“信号驱动IO”，它也属于同步IO。

阻塞IO 和非阻塞IO 这两个概念是程序级别的。主要描述的是程序请求操作系统IO操作后，如果IO资源没有准备好，那么程序该如何处理的问题：前者等待；后者继续执行（并且使用线程一直轮询，直到有IO资源准备好了）

2020-08-22补充：数据就绪前要不要等待。阻塞是指没有数据传过来时，读操作会一直阻塞知道有数据，缓冲区满时，写操作也会阻塞；而非阻塞遇到这种情况都是直接返回。

同步IO 和非同步IO这两个概念是操作系统级别的。主要描述的是操作系统在收到程序请求IO操作后，如果IO资源没有准备好，该如何相应程序的问题：前者不响应，直到IO资源准备好以后；后者返回一个标记（好让程序和自己知道以后的数据往哪里通知），当IO资源准备好以后，再用事件机制返回给程序。

2020-08-22补充：同步异步指的是数据就绪后，数据操作谁来完成。如果数据就绪后需要自己去读就是同步；如果是数据就绪了直接读好再回调给程序则是异步。

网上流传的例子

老张爱喝茶，废话不说，煮开水。
出场人物：老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。

1 老张把水壶放到火上，立等水开。（同步阻塞）老张觉得自己有点傻

2 老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞）
老张还是觉得自己有点傻，于是变高端了，买了把会响笛的那种水壶。水开之后，能大声发出嘀~~~~的噪音。

3 老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞）老张觉得这样傻等意义不大

4 老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）老张觉得自己聪明了。

所谓同步异步，只是对于水壶而言。普通水壶，同步；响水壶，异步。虽然都能干活，但响水壶可以在自己完工之后，提示老张水开。这是普通水壶所不能及的。

同步只能让调用者去轮询自己（情况2中），造成老张效率的低下。所谓阻塞非阻塞，仅仅对于老张而言。立等的老张，
阻塞；看电视的老张，非阻塞。情况1和情况3中老张就是阻塞的，媳妇喊他都不知道。
虽然3中响水壶是异步的，可对于立等的老张没有太大的意义。所以一般异步是配合非阻塞使用的，这样才能发挥异步的效用。

模型图

一般情况下，IO处理过程可以分为三步：

等待数据就绪（读就绪、写就绪）；
将数据从内核中拷贝到JVM进程中；
处理数据。

BIO

非阻塞I/O

非阻塞模式会不断发起系统调用询问数据准备好了没有，这会空耗CPU，故实际很少使用。I/O多路复用是对这个情况的改良，使用单独一个线程去轮询数据是否准备好了，而其他线程处理数据的读写(没有数据可以处理，就去做其他事)。

I/O多路复用

AIO

I/O多路复用的实现机制

select
poll
epoll

select模型是由一个数组管理的，也就是每当注册一个感兴趣的事件时，就会占用一个数组的位置。由于是使用数组来存储事件的注册，所以就有长度限制，在32位机器上限制为1024，在64位机器上限制为2048。
每次系统请求时都会线性遍历整个数组看是否有可处理的事件，若没有则睡眠，直到超时或被事件触发唤醒后重新遍历，性能自然不怎么样。

poll和select很类似，最大的区别在于它不是用数组实现的，而是使用链表实现，因此它就没有select最大数量的限制了。

epoll基于事件回调机制，即回调时直接通知进程，而无须使用某种方式来查看状态。它通过mmap映射内存来实现，不用像select和poll一样需要内存拷贝。

参考链接：

http://blog.csdn.net/tanga842428/article/details/52793804

http://blog.csdn.net/column/details/sys-communication.html?&page=1

《Java特种兵上册》

Java中的IO模型