I/O模型简述

1. 前言

最近在学习 Java NIO 方面的知识，为了加深理解。特地去看了 Unix/Linux I/O 方面的知识，并写了一些代码进行验证。在本文接下来的一章中，我将通过举例的方式向大家介绍五种 I/O 模型。如果大家是第一次了解 I/O 模型方面的知识，理解起来会有一定的难度。所以在看文章的同时，我更建议大家动手去实现这些 I/O 模型，感觉会不一样。好了，下面咱们一起进入正题吧。

2. I/O 模型

本章将向大家介绍五种 I/O 模型，包括阻塞 I/O、非阻塞 I/O、I/O 复用、信号驱动式 I/O 、异步 I/O 等。本文的内容参考了《UNIX网络编程》，文中所用部分图片也是来自于本书。关于《UNIX网络编程》这本书，我想就不用多说了。很多写网络编程方面的文章一般都会参考该书，本文也不例外。如果大家想进深入学习网络编程，建议去读读这本书。

2.1 阻塞 I/O 模型

阻塞 I/O 是最简单的 I/O 模型，一般表现为进程或线程等待某个条件，如果条件不满足，则一直等下去。条件满足，则进行下一步操作。相关示意图如下：

上图中，应用进程通过系统调用 recvfrom 接收数据，但由于内核还未准备好数据报，应用进程就阻塞住了。直到内核准备好数据报，recvfrom 完成数据报复制工作，应用进程才能结束阻塞状态。

这里简单解释一下应用进程和内核的关系。内核即操作系统内核，用于控制计算机硬件。同时将用户态的程序和底层硬件隔离开，以保障整个计算机系统的稳定运转（如果用户态的程序可以控制底层硬件，那么一些病毒就会针对硬件进行破坏，比如 CIH 病毒）。应用进程即用户态进程，运行于操作系统之上，通过系统调用与操作系统进行交互。上图中，内核指的是 TCP/IP 等协议及相关驱动程序。客户端发送的请求，并不是直接送达给应用程序，而是要先经过内核。内核将请求数据缓存在内核空间，应用进程通过 recvfrom 调用，将数据从内核空间拷贝到自己的进程空间内。大致示意图如下：

阻塞 I/O 理解起来并不难，不过这里还是举个例子类比一下。假设大家日常工作流程设这样的（其实就是我日常工作的流程