Java IO 系列总纲&系统IO模型

在Android开发中，不可避免的会接触到IO，抛开系统部分的IO，在应用开发领域，仍然会接触到IO，诸如：

或许您在开发中不再直接使用JDK中的API完成IO部分的功能，但仍有必要了解相关知识。

JAVA的IO，通过虚拟机建立在操作系统的IO之上，在梳理JAVA的IO时，可适当了解操作系统部分IO的相关知识，但本系列不会深究。

本系列中，计划包含以下内容：

下图表现了一个冯诺依曼机的结构：

在操作系统中，IO操作会涉及到 用户空间、内核空间的切换 ，以及 内核空间、用户空间之间的数据拷贝 ，接下来就常见的IO模型，简单了解下概念和设计理念。

注：不同操作系统在实现时会存在一定差异，不做深究

IO模型

阻塞IO、BIO、Blocking IO

在 内核IO操作 彻底完成后，才返回 用户空间 执行应用的操作。

此过程中，用户空间程序的执行状态是阻塞的，程序需等到IO操作彻底完成。

以读为例，示意图如下

注意，此处不要与 JAVA的nio包 内容混淆

非阻塞IO

相比于BIO，NIO中 数据等待阶段 是非阻塞的，操作系统不会挂起应用。

类似于JAVA中使用Future进行非阻塞多线程编程，以读为例，应用 轮询 内核，数据是否完成，数据准备就绪后，发起系统调用获取数据，系统调用的过程中，应用阻塞。

轮询：应用进程对非阻塞描述符循环发送系统调用，以查看某个操作是否就绪

以读为例，示意图如下

I/O复用

经典的Reactor设计。进程通过将一个或者多个操作阻塞在 select 阶段，select可以帮我们检测 fd（文件操作符） 是否处于就绪状态。

如果有数据准备好，就返回可操作的信息，再进行进一步地读写操作

当需要观测的fd很多时，数据准备的占比可能变高，轮询的收益会降低，而多路复用会得到更高的收益。

以读为例，示意图如下

信号驱动式I/O

在数据准备阶段，不再阻塞等待，内核准备好数据后，通过信号通知用户空间，用户空间的应用发起系统调用，阻塞获取数据

以读为例，示意图如下

异步I/O

不同于信号驱动式I/O，在数据等待完成后，进行内核到用户空间的数据拷贝，完成后信号通知应用程序处理数据