IO模型
Unix下五种I/O模型
- 阻塞 I/O
- 非阻塞 I/O
- I/O 多路复用（select和poll）
- 信号驱动 I/O（SIGIO）
- 异步 I/O（Posix.1的aio_系列函数）
阻塞I/O
如上文所述，阻塞I/O下请求无法立即完成则保持阻塞。阻塞I/O分为如下两个阶段。
阶段1：等待数据就绪。网络 I/O 的情况就是等待远端数据陆续抵达；磁盘I/O的情况就是等待磁盘数据从磁盘上读取到内核态内存中。
阶段2：数据拷贝。出于系统安全，用户态的程序没有权限直接读取内核态内存，因此内核负责把内核态内存中的数据拷贝一份到用户态内存中。
非阻塞I/O
非阻塞I/O请求包含如下三个阶段
socket设置为 NONBLOCK（非阻塞）就是告诉内核，当所请求的I/O操作无法完成时，不要将线程睡眠，而是返回一个错误码(EWOULDBLOCK) ，这样请求就不会阻塞。
I/O操作函数将不断的测试数据是否已经准备好，如果没有准备好，继续测试，直到数据准备好为止。整个I/O 请求的过程中，虽然用户线程每次发起I/O请求后可以立即返回，但是为了等到数据，仍需要不断地轮询、重复请求，消耗了大量的 CPU 的资源。
数据准备好了，从内核拷贝到用户空间。
一般很少直接使用这种模型，而是在其他I/O模型中使用非阻塞I/O 这一特性。这种方式对单个I/O 请求意义不大，但给I/O多路复用提供了条件。
I/O多路复用（异步阻塞I/O)
I/O多路复用会用到select或者poll函数，这两个函数也会使线程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的是，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操作函数。
从流程上来看，使用select函数进行I/O请求和同步阻塞模型没有太大的区别，甚至还多了添加监视Channel，以及调用select函数的额外操作，增加了额外工作。但是，使用 select以后最大的优势是用户可以在一个线程内同时处理多个Channel的I/O请求。用户可以注册多个Channel，然后不断地调用select读取被激活的Channel，即可达到在同一个线程内同时处理多个I/O请求的目的。而在同步阻塞模型中，必须通过多线程的方式才能达到这个目的。
调用select/poll该方法由一个用户态线程负责轮询多个Channel，直到某个阶段1的数据就绪，再通知实际的用户线程执行阶段2的拷贝。 通过一个专职的用户态线程执行非阻塞I/O轮询，模拟实现了阶段一的异步化。
信号驱动I-O（SIGIO）
首先我们允许socket进行信号驱动I/O，并安装一个信号处理函数，线程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，线程会收到一个SIGIO 信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。
异步I/O
调用aio_read 函数，告诉内核描述字，缓冲区指针，缓冲区大小，文件偏移以及通知的方式，然后立即返回。当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。所以异步I/O模式下，阶段1和阶段2全部由内核完成，完成不需要用户线程的参与。
几种I/O模型对比
除异步I/O外，其它四种模型的阶段2基本相同，都是从内核态拷贝数据到用户态。区别在于阶段1不同。前四种都属于同步I/O。
Java中四种I/O模型
上一章所述Unix中的五种I/O模型，除信号驱动I/O外，Java对其它四种I/O模型都有所支持。其中Java最早提供的blocking I/O即是阻塞I/O，而NIO即是非阻塞I/O，同时通过NIO实现的Reactor模式即是I/O复用模型的实现，通过AIO实现的Proactor模式即是异步I/O模型的实现。
从IO到NIO
面向流 vs. 面向缓冲
Java IO是面向流的，每次从流（InputStream/OutputStream）中读一个或多个字节，直到读取完所有字节，它们没有被缓存在任何地方。另外，它不能前后移动流中的数据，如需前后移动处理，需要先将其缓存至一个缓冲区。
Java NIO面向缓冲，数据会被读取到一个缓冲区，需要时可以在缓冲区中前后移动处理，这增加了处理过程的灵活性。但与此同时在处理缓冲区前需要检查该缓冲区中是否包含有所需要处理的数据，并需要确保更多数据读入缓冲区时，不会覆盖缓冲区内尚未处理的数据。
阻塞 vs. 非阻塞
Java IO的各种流是阻塞的。当某个线程调用read()或write()方法时，该线程被阻塞，直到有数据被读取到或者数据完全写入。阻塞期间该线程无法处理任何其它事情。
Java NIO为非阻塞模式。读写请求并不会阻塞当前线程，在数据可读/写前当前线程可以继续做其它事情，所以一个单独的线程可以管理多个输入和输出通道。
选择器（Selector）)选择器（Selector）
Java NIO的选择器允许一个单独的线程同时监视多个通道，可以注册多个通道到同一个选择器上，然后使用一个单独的线程来“选择”已经就绪的通道。这种“选择”机制为一个单独线程管理多个通道提供了可能。
零拷贝
Java NIO中提供的FileChannel拥有transferTo和transferFrom两个方法，可直接把FileChannel中的数据拷贝到另外一个Channel，或者直接把另外一个Channel中的数据拷贝到FileChannel。该接口常被用于高效的网络/文件的数据传输和大文件拷贝。在操作系统支持的情况下，通过该方法传输数据并不需要将源数据从内核态拷贝到用户态，再从用户态拷贝到目标通道的内核态，同时也避免了两次用户态和内核态间的上下文切换，也即使用了“零拷贝”，所以其性能一般高于Java IO中提供的方法。
