Linux 五种 IO 模型
Linux有以下五种IO模型，前四种都是同步的，只有最后一种才是异步 IO。
- 阻塞 IO (Blocking IO)
- 非阻塞 IO (Non-blocking IO)
- 多路复用 IO (IO multiplexing)
- 信号驱动 IO (signal driven I/O (SIGIO))
- 异步 IO (asynchronous I/O)
阻塞 I/O(Blocking IO)：
如图所示，IO 过程分为 (1)内核数据准备 和 (2)数据从内核空间拷贝到用户空间 这两个阶段。在用户线程发起 IO 调用后，用户线程在这两个阶段全程等待，直到有结果返回。这种 IO 就是阻塞 IO 模型。
- 在阻塞 I/O 模型中，当应用程序发起一个 I/O 操作时，它会被阻塞直到该操作完成。这意味着应用程序无法执行其他任务，直到 I/O 操作完成并返回结果。
- 阻塞 I/O 适用于简单的应用场景，但在高并发环境下会导致性能问题，因为一个阻塞的 I/O 操作会阻塞整个程序。
非阻塞 I/O(Non-blocking IO)：
非阻塞 IO 模型下，在用户线程发起 IO 调用后，在内核数据还未准备好时， IO 函数可立即返回。用户线程通过多次调用 IO 函数来检查内核数据是否准备好（轮询），当检查到数据准备好后，执行第二阶段，将数据从内核空间拷贝到用户空间，这一阶段用户线程是阻塞的。
- 非阻塞 I/O 模型允许应用程序在发起 I/O 操作后继续执行其他任务，而不会被阻塞等待 I/O 操作的完成。应用程序可以周期性地查询或轮询 I/O 操作的状态，以确定操作是否完成。
- 非阻塞 I/O 可以提高并发性能，但需要应用程序不断地查询 I/O 状态，这可能导致 CPU 的浪费。
多路复用 I/O(IO multiplexing)：
用户线程通过 select、poll、epoll 等函数 阻塞式地监听多路 IO 事件，直到有一个或多个 IO 操作处于就绪状态（有数据可读或可写）时返回，开始执行 I/O 操作。多路复用模型的特点是可以通过一个线程处理多路 IO 请求。
- 多路复用 I/O 模型使用操作系统提供的多路复用机制，例如 select、poll 或 epoll，来同时监视多个 I/O 操作的状态。当有任何一个 I/O 操作准备就绪时，应用程序可以进行读取或写入操作。
- 多路复用 I/O 可以同时处理多个 I/O 操作，而无需为每个操作创建一个线程或进程，从而提高了系统的可扩展性和性能。
信号驱动 I/O（Signal-Driven I/O）:
用户线程发起 IO 操作后，可立即返回不阻塞。等到内核数据准备完成后，通过信号函数通知用户线程，执行第二阶段数据拷贝操作。
- 信号驱动 I/O模型，它使用信号机制来通知应用程序有关 I/O 操作的完成。在信号驱动 I/O 中，应用程序通过设置信号处理函数，并在发起 I/O 操作后继续执行其他任务。当 I/O 操作完成时，操作系统会发送一个信号给应用程序，以通知操作的结果。
异步 I/O(asynchronous I/O)：
异步 IO 的特点是用户线程发起 IO 请求后立即返回，在 IO 操作的两个阶段全程都不阻塞，不需要用户线程参与，直到最后数据拷贝完成后，内核发送信号通知用户线程处理完毕。
- 异步 I/O 模型中，应用程序发起一个 I/O 操作后，不需要等待操作完成。相反，应用程序可以继续执行其他任务，并通过回调函数或事件通知的方式处理 I/O 操作的完成。
- 异步 I/O 可以提高系统的并发性和可扩展性，因为应用程序无需为每个 I/O 操作创建线程或进程，并可以处理更多的并发请求。
五种IO模型比较
异步 I/O 模型的发展技术是： select -> poll -> epoll -> aio -> libevent -> libuv。
Java中的四种IO模型
Unix 中的五种 IO 模型，除信号驱动模型外，Java 对其它四种 IO 模型都有支持。
阻塞 I/O（Blocking I/O）
- 在阻塞 I/O 模型中，当应用程序执行 I/O 操作时，它会被阻塞，直到操作完成。
- Java中的阻塞 I/O 是基于流（Stream）的 I/O，例如
InputStream和OutputStream类以及其子类。调用阻塞 I/O 的读取方法（如read()）或写入方法（如write()）会阻塞当前线程，直到数据可读取或可写入
非阻塞 I/O（Non-blocking I/O）：
- 在非阻塞 I/O 模型中，应用程序可以立即返回并继续执行其他任务，而不会等待 I/O 操作的完成。
- Java中的非阻塞 I/O 是基于通道（Channel）的 I/O，例如
SelectableChannel和SocketChannel类。通过调用非阻塞通道的configureBlocking(false)方法，可以设置通道为非阻塞模式。然后可以使用Selector类来进行多路复用，以监视多个通道的状态，并在通道就绪时进行相应的读取或写入操作。
多路复用 I/O
通过NIO的 Selector 和 SelectionKey实现
异步IO
通过NIO的 CompletionHandler 和 AsynchronousChannel实现
Java 中传统的 IO 都是阻塞 IO，比如通过 socket 来读数据，调用 read 方法之后，如果数据没有就绪，当前线程就会一直阻塞在 read 方法调用那里，直到有数据才返回。因此在传统的网络服务设计模式中，比较经典的模式是多线程或线程池。当一条线程正在处理一个 client 的请求时，它是阻塞的状态，这时如果又来了一个 client 的请求，只好再启动一个新的线程去服务它，一个线程的阻塞不会影响其他线程工作。这种服务方式虽然看起来简便，但服务器为每个 client 都启动一个线程，资源消耗非常大。线程池的方式使得线程可以重复使用，在一定程度上减少了创建和销毁线程的系统开销。 多线程（或线程池）模式适用于大部分的连接为短连接的情景。如果大部分的连接都为长连接，而同一时刻只有少数的连接中存在 IO 操作，那么为每一个连接安排一个线程的服务方式是非常浪费的。因此便出现了Java NIO 模型。
