概念

• 内核空间和用户空间。

  用户进程想要执行 IO 操作的话，必须通过 系统调用 来间接访问内核空间；
  当应用程序发起 I/O 调用后，会经历：1. 内核等待 I/O 设备准备好数据；2. 内核将数据从内核空间拷贝到用户空间。

• UNIX 系统下， IO 模型一共有 5 种：  同步阻塞 I/O、同步非阻塞 I/O、I/O 多路复用、信号驱动 I/O 和异步 I/O。

• 同步与异步（synchronous/asynchronous）：

  同步是一种可靠的有序运行机制，当我们进行同步操作时，后续的任务是等待当前调用返回，才会进行下一步；
  异步则相反，其他任务不需要等待当前调用返回，通常依靠事件、回调等机制来实现任务间次序关系

• 阻塞与非阻塞：
  在进行阻塞操作时，当前线程会处于阻塞状态，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续，比如ServerSocket新连接建立完毕，或者数据读取、写入操作完成；
  而非阻塞则是不管IO操作是否结束，直接返回，相应操作在后台继续处理

NIO 同步非阻塞IO（Non-blocking IO）

• read 从开始IO读的read系统调用开始，用户线程就进入阻塞状态。一直到kernel返回结果后，用户线程才解除block的状态，重新运行起来。
  一般情况下，会为每个连接配套一条独立的线程，当在高并发的场景下，需要大量的线程。

多路复用 （IO Multiplexing）

一个进程可以监视多个文件描述符，一旦某个描述符就绪（一般是内核缓冲区可读/可写），内核kernel能够通知程序进行相应的IO系统调用。
IO多路复用模型的基本原理就是select/epoll系统调用，单个线程不断的轮询select/epoll系统调用所负责的成百上千的socket连接，当某个或者某些socket网络连接有数据到达了，就返回这些可以读写的连接。因此，好处也就显而易见了——通过一次select/epoll系统调用，就查询到到可以读写的一个甚至是成百上千的网络连接。
目标网络连接，提前注册到select/epoll的可查询socket列表中。kernel会查询所有可查询socket列表，当任何一个socket中的数据准备好了，select/epoll就会返回。

• select 它采用一个1024长度的数组存储数据， 所以它最多可以同时检查1024个文件描述符。
• poll 采用链表的方式存储，避免长度限制，同时避免不必要的检查
• epoll 采用事件通知机制，轮询没检查到事件便进行休眠，直到有事件通知它。 它在休眠的时候，cpu是闲置的。

多路复用IO的优点：

用select/epoll的优势在于，它可以同时处理成千上万个连接（connection）。与一条线程维护一个连接相比，I/O多路复用技术的最大优势是：系统不必创建线程，也不必维护这些线程，从而大大减小了系统的开销。
Java的NIO（new IO）技术，使用的就是IO多路复用模型。在linux系统上，使用的是epoll系统调用。
多路复用IO的缺点：
本质上，select/epoll系统调用，属于同步IO，也是阻塞IO。都需要在读写事件就绪后，自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的

AIO (Asynchronous I/O)

也叫 信号驱动 IO.
异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

（1）当用户线程调用了read系统调用，立刻就可以开始去做其它的事，用户线程不阻塞。
（2）内核（kernel）就开始了IO的第一个阶段：准备数据。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel内核缓冲区，拷贝到用户缓冲区（用户内存）。
（3）kernel会给用户线程发送一个信号（signal），或者回调用户线程注册的回调接口，告诉用户线程read操作完成了。
（4）用户线程读取用户缓冲区的数据，完成后续的业务操作。

IOCP/libuv下AIO： 部分线程通过BIO或NIO获取数据，一个线程进行计算，通过线程过线程之间的通讯获取io数据。

打比如：

背景：等核酸结果 出来后订机票
同步阻塞：采样完，你蹲在医院门口等结果通知；
同步非阻塞：采样完，你每隔1min刷新一下app记录；
同步非阻塞多路复用：你每隔1min刷新一下app记录，同时观察你全家的结果，并通知他们；
epoll：采样完毕，核酸结果出来医院会通知你，这时候你可以马上预定机票了；
理想异步非阻塞：采样完毕，核酸结果出来后，触发系统自动预定机票；
libuv下AIO：提交预定机票所需信息到登记系统（观察者队列），医院（系统内核）核酸结果出来后通知 （线程池），（线程池）根据登记系统信息帮助你预定机票。

参考 www.cnblogs.com/crazymakerc…

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