Java 四种IO模型

Posted 2021-04-25 nullPoint水

    最近在看netty相关资料。netty是一个高性能，易于开发的NIO框架。在学习netty之前必须得知道java的IO模型。

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Java 四种IO模型

         IO是主存和外部设备拷贝数据的过程。IO是操作系统底层功能实现，底层通过IO指令完成。Java的四种IO模型有：传统的BIO、NIO、多路复用IO和AIO。

         对于一个networkIO，涉及到IO进程与系统内核，当进行read操作时，会经历两个阶段：

1. 等待数据准备

2. 将数据从内核拷贝到进程中。

         用户空间是常规进程所在区域，JVM就是常规进程。用户空间时非特权区域，在该区域执行的代码不能直接访问硬件设备。

         内核空间时操作系统所在区域，内核代码有特权，它能与设备控制器通讯，控制用户区域进程的运行状态等。所有IO都直接或间接通过内核空间。

BIO

         BIO即Blocking I/O。一个读操作流程大概是：

1.通常涉及等待数据从网络中到达，当所有等待数据到达时，它被复制到内核的某个缓冲区。

2.把数据从内核缓冲区复制到应用缓冲区

         当用户进程调用了recvfrom，kernel就开始了准备数据阶段。对于networkIO来说，很多情况下数据不是可以立即到达的，kernel需要等到足够的数据到达，而用户进程这边，整个进程会被阻塞。当kernel等到数据准备好，将数据从kernel中复制到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才接触了block状态。所以，blocking IO特点就是IO执行的两个阶段都被block了。

NIO

NIO即non-blockingI/O。一个读流程的流程是：

         当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，它不会block用户进程，而是返回一个error。从用户进程的角度讲，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上得到了一个结果。用户进程可以再次发出请求，一旦数据准备好了，则进行第二阶段。

IO多路复用

         IO复用同非阻塞IO本质一样，不过利用了新的select系统调用，由内核来负责本来是请求进程该做的轮询操作。比非阻塞IO还多了一个系统调用开销，不过由于支持多路IO，所以提高了效率。

         当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，同时，kernel会监控所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel复制到用户进程。

AIO

         用户进程告知kernel启动某个操作，并让kernel在整个操作完成后通知用户进程。