四种IO模型

小伙伴们在工作中是否经常听到系统瓶颈这个词，系统的瓶颈一般取决于系统属于IO密集型和CPU密集型，Java web项目中，一般系统的瓶颈都取决于IO而非CPU，CPU不是也不应该是Java项目的瓶颈所在；所以说，IO是比较重要的知识点，了解IO的原理和模型，对于我们开发大型项目是有必要的。

IO的基本原理

IO涉及到的主要有read和write两大系统调用，以write为例，一次write调用并非是直接将用户进程的数据直接传输到网卡等输出设备，而是操作系统将数据从用户进程的缓冲区复制到内核缓冲区，然后操作系统再将数据通过网卡等设备进行输出，read调用也同理。

所以说IO的过程主要分为两阶段，并且读写是相反的，read是先输入再复制，write是先复制再输出。

模型

• 同步阻塞IO（Blocking IO）
  • 特点：两阶段都阻塞
  • 优点：简单，易于理解
  • 缺点：在多线程的场景下使用，一个线程对应一个连接，大量的线程频繁地切换将会降低系统的效率
• 同步非阻塞NIO （None-Blocking IO）
  • 特点：在数据输入的时候不阻塞，在复制数据的时候阻塞，需要轮询直至数据就绪
  • 优点：相较于同步阻塞IO更加灵活，数据未就绪也可以做其他事情
  • 缺点：轮询需要占用大量的CPU时间，从而导致系统效率低下
• IO多路复用（IO Multiplexing）
  • 特点： 采用了React反应器模式，Java的Selector和linux的epoll都是采用了这种模型。将连接注册到select，使用一个select查询线程来轮询内核，返回一个就绪的连接的列表，然后再进行复制，select调用和复制数据都是阻塞的。
  • 优点：一个线程便可以管理成千上万个连接，十分高效
  • 缺点：本质上是使用的阻塞的IO，阻塞便会使系统吞吐量降低
• 异步IO
  • 向内核注册IO操作并调用，然后用户进程或线程就可以去处理其他事情，当数据就绪后，操作系统将数据复制到缓存区，然后向调用的进程发送信号或者执行注册的回调函数。
  • 优点：全程无阻塞，真正的异步
  • 缺点：需要操作系统内核的支持

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写在最后

笔者是一名初出茅庐的码农，在此记录学习中的收获，如有错误，欢迎各位大佬进行批评指正