从Linux五种IO模型到JAVA NIO，一文理解IO模型的本质
内容导读
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内容图文
BIO,NIO
2020年12月25日
15:01
| 目录 |
| - - 引言 - Linux中五种IO模型 - 预备知识 - 阻塞式I/O - 非阻塞IO模型 - IO复用模型 - 信号驱动的IO模型 - 异步IO模型 - JAVA中的IO模型 - BIO - NIO - 三大模块： - 区别与缺陷 - ref：
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引言
从数据的角度来看，应用的交互都离不开数据的读写申请，不管是os应用还是网络应用。模块之间发生的读写等待，直接关系到整体系统的整体并发性能。所以在强调高并发的今天，显得尤为重要。
Linux中五种IO模型
IO模型并不新鲜，操作系统（linux为例）就为IO发展了五种模型。
预备知识
- 内存会被划分为内核空间和用户空间，用户对于内核空间的访问需要通过系统调用执行，此外，内核空间还负责管理设备，例如IO设备，所以用户操作IO设备同样是通过系统调用
- 在linux看来，一切设备都是文件，IO设备会有自己缓冲区用户读写数据。
- 用户通过系统调用，申请读写IO设备缓冲区，但是读，写的过程都需要时机，在这两段时间里，使用不同的策略作等待则形成了不同的IO模型
阻塞式I/O
Block I/O，即BIO。非常简单，用户申请读写，然后等待数据准备，准备好则开始处理IO，将数据复制到用户空间中。
非阻塞IO模型
Non Block IO, 即NIO。BIO的问题在于，数据准备期间，用户进程一直在空等。NIO的特点是，用户在数据准备时并不阻塞，继续运行自己的工作，但是时不时来看看数据准备好了没有，也就是轮询。
轮询是该类型IO模型的瓶颈关键。
IO复用模型
NIO模型还有一个点，即一个用户进程申请了IO，数据准备过程中，其他用户进程是不能申请的。能不能同时进行多个申请呢？这就是IO复用模型。
用户进程通过select函数来发起申请，select函数可以被复用，即被多个进程调用，select视为一个单独的进程，负责管理所有进程的申请。
相比于NIO，它相当于抽象出一个申请管理中心。不过需要注意的是，进入select的进程会阻塞掉，select则负责监听所有进行IO的进程，由select发起轮询，一旦有数据准备好则返回。
信号驱动的IO模型
上述几种模型都需要进程轮询或阻塞，等待数据准备，为了避免这种过程，我们很自然地想要一个报警器，在数据准备好的时候通知对应线程进行IO。这就是信号驱动的IO模型。
异步IO模型
这是AIO，也是最后一个IO模型。有意思的是，除了AIO，其他四种IO模型，其实都是同步IO，因为事实上它们数据IO的过程都是同步的——即数据准备好之后，真正读写都是由发起IO请求的用户进程来管理的，在IO发生期间，用户进程仍需要同步阻塞。
这是最后一层影响高并发性能的障碍。在Linux中，AIO模型让IO实际过程交给系统内核完成，即系统内核接收到IO请求后，用户进程就不管了，系统内核接手，准备数据好了以后，系统内核负责将数据从IO缓冲区中复制到用户空间。最后通知用户。
JAVA中的IO模型
事实上，有了上述知识，就能很好地理解java中的三种IO模式，BIO, NIO, AIO。
BIO
JAVA中所有基本IO操作的方法都是阻塞的，例如调用.read之后就开始阻塞等待。
该机制有两方面的问题：
- 用户自己必须在数据准备过程中阻塞
- 服务器（数据准备方）可以通过多线程的方式为多个用户提供服务，但问题在于，线程开销非常大，这种方式会造成大量申请的情况下，线程太多，各个线程都阻塞，造成极大的开销
解决上面第二个问题的方式是线程池。用户申请则进入等待队列，等线程池中的线程调用。
NIO
JAVA中NIO为了解决BIO的用户阻塞问题。JAVA中的NIO比起Linux中的NIO来说要复杂一些，我猜测它应该是linux中NIO，IO复用模式的混合。
如果仔细理解linux中的NIO和IO复用模式，就能很快理解JAVA NIO的设计思想。
三大模块：
- Buffer，BIO面向流，NIO面向缓冲区，用户线程只能通过Channel访问Buffer，IO设备的数据最终也只写向Buffer。
- Channel，多种Channel，读，读写或其他，负责抽象用户进程提出的申请。
- Selector，多个Channel由selector负责管理，注意selector需要监控所有channels，由selector负责所有请求的轮询——这正是IO复用模式的内容。
区别与缺陷
JAVA中BIO和NIO的区别有如下：
- BIO是阻塞的，NIO非阻塞
- BIO面向流，NIO面向Buffer
缺点：
- selector是基于epoll或轮询方式实现的，这会带来很大的开销
- NIO很难使用，所以后来Netty是对NIO的改进封装
ps，java中AIO模型还用的不多，主流仍是Netty。
ref：
内容总结
以上是互联网集市为您收集整理的从Linux五种IO模型到JAVA NIO，一文理解IO模型的本质全部内容，希望文章能够帮你解决从Linux五种IO模型到JAVA NIO，一文理解IO模型的本质所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。
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