IO模型 | 我的博客

1.阻塞IO模型

最传统的一种IO模型，即在读写数据过程中会发生阻塞现象。当用户线程发出IO请求后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除block状态。

2.非阻塞IO模型

当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个error时，它就知道数据还没准备好，于是可以再次发送read操作。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。所以事实上，在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就是说非阻塞IO不会交出CPU，而会一直占用CPU。典型的非阻塞IO模型一般如下：

whiel(true){
	data = socket.read();
	//处理数据
    break;
}

可以看出，非阻塞IO在while循环中需要不断地询问内核数据是否就绪，这样惠欧导致CPU占用率非常高，因此一般很少使用while循环这样方式来读取数据。

3.多路复用IO模型

多路复用IO模型是目前使用比较多的模型，Java NIO实际上就是多路复用IO。在多路复用IO模型中，会有一个线程不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作。因为在多路复用IO汇总，只需要使用一个线程就可以管理多个socket，系统不需要建立新的进程或线程，也不必维护这些进程和线程，并且只有在真正有socket读写事件进行时，才会使用IO资源，所以大大减少了资源占用。

在Java NIO中，是通过selector.select()去查询每个通道是否有到达事件，如果没有事件，则一直阻塞在那里，因此这种方式会导致用户线程的阻塞。多路复用IO模式，通过一个线程就可以管理多个socket，只有当socket真正有读写事件发生才会占用资源来进行实际的读写操作。因此多路复用IO比较适合连接数比较多的情况。

另外，多路复用IO之所以比非阻塞IO的效率高，是因为在非阻塞IO中，不断地询问socket状态是通过用户线程去进行的，而在多路复用IO中，轮询每个socket状态是在内核进行的，这个效率要比用户线程高得多。

4. 信号驱动IO模型

在信号驱动IO模型中，当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。

5.异步IO模型

异步IO模型是最理想的模型，在异步IO模型中，当用户线程发起read操作后，立刻就可以开始去做其它的事情。而另一方面，从内核的角度，当他收到一个asynchronous read后，它会立刻返回，说明read请求已经成功发起了，因此不会对用户线程产生任何block。然后内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户线程，当这一切都完成之后，告诉它read操作完成了。也就是说用户线程完全不需要实际的去操作IO，只需要发起一个请求，当接收到内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成，可以直接去使用数据了。

因此异步IO模型和信号驱动IO模型的区别就在于，信号驱动IO模型中用户线程还是要自己去操作实际IO的，而异步IO模型中用户线程不需要再调用IO函数进行具体的读写，都是内核帮助完成的。

当然，异步IO是需要操作系统的底层支持的，在Java7中，提供了Asynchronous IO。