Java IO模型

什么是IO

IO是输入input输出output的首字母缩写形式，直观意思是计算机输入输出，它描述的是计算机的数据流动的过程;

应用程序的IO操作分为两种动作：IO调用和IO执行。IO调用是由进程发起，IO执行是操作系统的工作。

IO流程

以一个进程的输入类型的IO调用为例，它将完成或引起如下工作内容：

1. 进程向操作系统请求外部数据
2. 操作系统将外部数据加载到内核缓冲区
3. 操作系统将数据从内核缓冲区拷贝到进程缓冲区
4. 进程读取数据继续后面的工作

 

5 种 IO 模型

UNIX 系统下， IO 模型一共有 5 种： 同步阻塞 I/O、同步非阻塞 I/O、异步 I/O、 I/O多路复用和信号驱动 I/O 。

 

Java中几种常见IO模型

1.BIO（Blocking IO）同步阻塞IO模型

同步阻塞 IO 模型中，应用程序发起 read 调用后，会一直阻塞，直到内核把数据拷贝到用户空间。BIO的性能在高并发下是捉襟见肘的。

2.NIO（New IO）

NIO它是支持面向缓冲的，基于通道的 I/O 操作方法。 对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 。

同步非阻塞 IO 模型中，应用程序会一直发起 read 调用，等待数据从内核空间拷贝到用户空间的这段时间里，线程依然是阻塞的，直到在内核把数据拷贝到用户空间。

相比于同步阻塞 IO 模型，同步非阻塞 IO 模型确实有了很大改进。通过轮询操作，避免了一直阻塞。

但是，这种 IO 模型同样存在问题：应用程序不断进行 I/O 系统调用轮询数据是否已经准备好的过程是十分消耗 CPU 资源的。

这个时候，I/O 多路复用模型 就上场了。

3.I/O多路复用

IO 多路复用模型中，线程首先发起 select 调用，询问内核数据是否准备就绪，等内核把数据准备好了，用户线程再发起 read 调用。read 调用的过程（数据从内核空间 -> 用户空间）还是阻塞的。

IO 多路复用模型，通过减少无效的系统调用，减少了对 CPU 资源的消耗。

Java 中的 NIO ，有一个非常重要的选择器 ( Selector ) 的概念，也可以被称为 多路复用器。通过它，只需要一个线程便可以管理多个客户端连接。当客户端数据到了之后，才会为其服务。

4.AIO (Asynchronous I/O)

AIO 也就是 NIO 2。Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步 IO 模型。

异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

原文链接：https://javaguide.cn/java/io/io-model.html