原创 Java开发中的I/O模型原理解析

Java开发中的I/O模型原理解析，I/O是 input/output的缩写即输入输出端口。每个设备都会有一个专用的I/O地址用来处理自己的输入输出信息。常见的五种IO模型分别是：阻塞IO、非阻塞IO、多路复用IO、信号驱动IO以及异步IO。

接下来我们具体了解Java 开发中的I/O模型：

1、BIO（Blocking IO）

BIO是同步阻塞模型一个客户端连接对应一个处理线程。在BIO中accept和read方法都是阻塞操作，如果没有连接请求accept方法阻塞；如果无数据可读取read方法阻塞。

2、NIO（Non Blocking IO）

NIO是同步非阻塞模型服务端的一个线程可以处理多个请求，客户端发送的连接请求注册在多路复用器Selector上服务端线程通过轮询多路复用器查看是否有IO请求有则进行处理。

NIO的三大核心组件：

（1）Buffer：用于存储数据底层基于数组实现，针对8种基本类型提供了对应的缓冲区类。

（2）Channel：用于进行数据传输面向缓冲区进行操作支持双向传输，数据可以从Channel读取到Buffer中也可以从Buffer写到Channel中。

（3）Selector：选择器当向一个Selector中注册Channel后，Selector 内部的机制就可以自动不断地查询（Select）这些注册的Channel是否有已就绪的 I/O 事件（例如可读，可写，网络连接完成等），这样程序就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个Channel也可以说管理多个网络连接，因此Selector也被称为多路复用器。

当某个Channel上面发生了读或者写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector监听到，然后通过SelectionKeys可以获取就绪Channel的集合进行后续的I/O操作。

Epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率，获取事件的时候它无须遍历整个被侦听的描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。

3、AIO（NIO 2.0）

AIO是异步非阻塞模型一般用于连接数较多且连接时间较长的应用，在读写事件完成后由回调服务去通知程序启动线程进行处理。与NIO不同，当进行读写操作时只需直接调用read或write方法即可。这两种方法均为异步的对于读操作而言，当有流可读取时操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区并通知应用程序；对于写操作而言当操作系统将write方法传递的流写入完毕时操作系统主动通知应用程序。可以理解为read/write方法都是异步的完成后会主动调用回调函数。