Java IO模型

　　Linux的内核将所有外部设备都看做一个文件来操作，对一个文件的读写操作会调用内核提供的系统命令，返回一个file descriptor（fd，文件描述符）。而对一个Socket的读写也会有相应的描述符，称为Socketfd（Socket描述符），描述符就是一个数字，它指向内核中的一个结构体（结构体，C/C++数据类型，类似Java中的类，存储各种不同类型的数据，这里存储的是文件路径、数据区等一些属性）。

根据UNIX网络编程对I/O模型的分类，UNIX提供了5种I/O模型，分别为：

1、阻塞I/O模型

　　阻塞I/O模型就是最常用的I/O模型，缺省情况下所有的文件操作都是阻塞的，以Socket来讲解此模型：在用户空间中调用recvfrom，其系统调用直到数据包到达且被复制到应用进程的缓冲区或者发生错误时才返回，在此期间会一直等待，进程在从调用recvfrom开始到它返回的整段时间内都是被阻塞的，因此被称为阻塞I/O。

  

2、非阻塞I/O模型

recvfrom从用户空间到内核空间的时候，如果该缓冲区没有数据的话，就直接返回一个EWOULDBOCK错误，一般都对非阻塞I/O模型进行轮询检查这个状态，看内核空间是不是有数据到来，有数据到来则从内核空间复制数据到用户空间。

 

3、I/O复用模型

Linux提供select/poll，进程通过将一个或者多个fd传递给select或poll系统调用，阻塞在select操作上，这样select/poll可以帮助我们侦测多个fd是否处于就绪状态。select/poll是顺序扫描fd是否就绪，而且支持的fd数量有限，因此它的使用受到了一些制约。Linux还提供了一个epoll系统调用，epoll使用基于事件驱动方式替代顺序扫描，因此性能更高。当有fd就绪时，立即会掉函数callback。

 

4、信号驱动I/O模型

首先开启Socket信号驱动I/O功能，并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数（此系统调用立即返回，进程继续工作，它是非阻塞的）。当数据准备就绪时，就为进程生成一个SIGIO信号，通过信号会掉通知应用程序调用recvfrom来读取数据，并通知主循环函数来处理数据。

 

5、异步I/O

告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后（包括将数据从内核复制到用户自己的缓冲区）通知开发者。这种模型与信号驱动I/O模型的主要区别是：信号驱动I/O模型由内核通知开发者何时可以开始一个I/O操作，异步I/O模型由内核通知开发者I/O操作何时已经完成。

五种IO模型对比如下 

 

 

这里再简单的描述下 同步，异步，阻塞，非阻塞 IO的组合。之前在网上又看到这种说法

• 同步/异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication) 。
• 所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前， 该调用就不返回。
• 异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果

• 阻塞/非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.
• 阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
• 非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

看起来，好像确实是这样的。但是基于上述的描述，我们可以想象下 同步非阻塞的情况。会不会觉得怎么都不对呢。 

 

查阅了一番资料后，我觉得如下的解释是正确的

进程间的通信时通过 send() 和 receive() 两种基本操作完成的。具体如何实现这两种基础操作，存在着不同的设计。 消息的传递有可能是阻塞的或非阻塞的 – 也被称为同步或异步的：

• 阻塞式发送（blocking send）. 发送方进程会被一直阻塞， 直到消息被接受方进程收到。
• 非阻塞式发送（nonblocking send）。 发送方进程调用 send() 后， 立即就可以其他操作。
• 阻塞式接收（blocking receive） 接收方调用 receive() 后一直阻塞， 直到消息到达可用。
• 非阻塞式接受（nonblocking receive） 接收方调用 receive() 函数后， 要么得到一个有效的结果， 要么得到一个空值， 即不会被阻塞。

上述不同类型的发送方式和不同类型的接收方式，可以自由组合。

• 也就是说， 从进程级通信的维度讨论时， 阻塞和同步（非阻塞和异步）就是一对同义词， 且需要针对发送方和接收方作区分对待。

在 IO 系统调用层面

　blocking IO会一直block住对应的进程直到操作完成，而non-blocking IO在kernel还在准备数据的情况下会立刻返回

　在说明synchronous IO和asynchronous IO的区别之前，需要先给出两者的定义

A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes;    

An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;

 

　　两者的区别就在于synchronous IO做”IO operation”的时候会将process阻塞。按照这个定义，之前所述的blocking IO，non-blocking IO，IO multiplexing都属于synchronous IO。有人可能会说，non-blocking IO并没有被block啊。这里有个非常“狡猾”的地方，定义中所指的”IO operation”是指真实的IO操作，就是例子中的recvfrom这个system call。non-blocking IO在执行recvfrom这个system call的时候，如果kernel的数据没有准备好，这时候不会block进程。但是，当kernel中数据准备好的时候，recvfrom会将数据从kernel拷贝到用户内存中，这个时候进程是被block了，在这段时间内，进程是被block的。而asynchronous IO则不一样，当进程发起IO 操作之后，就直接返回再也不理睬了，直到kernel发送一个信号，告诉进程说IO完成。在这整个过程中，进程完全没有被block。

 

 引用

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netty权威指南2

https://www.zhihu.com/question/19732473/answer/241673170[怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？]