什么是IO
在Linux世界里，一切皆檔案，檔案就是一串二進制流，不管是socket、FIFO、管道還是終端，對我們來說一切都是檔案，一切都是流，在資訊交換的程序中，我們都是對這些流進行資料的收發操作，簡稱為I/O操作(Input and Output)，
計算機里的所有流都是通過檔案描述符（File Descriptor，簡稱fd）來表示，一個fd就是一個整數，所以對這個整數的操作，就是對這個檔案（流）的操作，我們創建一個socket，通過系統呼叫會回傳一個fd，對socket的操作就會轉化為對這個fd的操作，
IO互動
Linux作業系統將用戶空間和內核空間進行了隔離，用戶空間也稱為用戶態，內核空間也稱為內核態，通常用戶行程中的一個完整IO分為兩個階段：
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用戶空間和內核空間之間的互動
用戶空間用來存放的是用戶程式的代碼和資料，應用程式運行在用戶空間，內核空間用來存放的是內核代碼和資料，作業系統和驅動程式運行在內核空間，兩者不能簡單地使用指標傳遞資料，因為Linux使用的虛擬記憶體機制，用戶空間中的程式必須通過系統呼叫請求內核空間中的kernel來協助完成IO動作， -
內核空間和設備空間之間的互動
設備空間用來緩沖設備中將被讀寫操作的資料，以網卡設備為例，當發起一次網路請求時，將內核空間中的資料復制到網卡，然后再將請求發送出去，當接收一次網球請求時，等待網路資料到達網卡，然后內核將網卡中的資料讀取到內核緩沖區，由于IO設備一般速度比較慢，需要等待，所以內核會為每一個IO設備維護一個緩沖區，
從廣義的角度來講，只要是比內核態慢的互動，都可以看作是IO操作，如：記憶體IO、網路IO和磁盤IO，通常我們說的IO指的是網路IO和磁盤IO，
IO模型
阻塞IO（Blocking I/O，BIO）
Application發起一個IO請求，Kernel等待IO設備資料ready，然后將ready的資料從內核空間copy到用戶空間，最后回傳給Application，在這整個程序當中Application一直是被block住的，
非阻塞IO（Nonblocking I/O）
Application發起一個IO請求，Kernel立刻回傳EWOULDBLOCK（用于非阻塞模式，不需要重新讀或者寫），Application不停的輪詢Kernel，直到IO設備資料ready被Kernel讀取到內核空間，再從內核空間copy到用戶空間，最后回傳給Application為止，在這整個程序當中Application是可以執行其它操作的，是一種非阻塞狀態，這種方式會讓Application由于輪詢導致CPU過高，
IO多路復用（I/O Multiplexing，NIO）
在IO多路復用中，Application會通過select取輪詢一個fd集合中的狀態，只有當fd有讀、寫或者例外事件時，才真正呼叫recvfrom實際的IO讀寫操作（IO設備資料ready被Kernel讀取到內核空間，再從內核空間copy到用戶空間，最后回傳給Application），
IO多路復用是通過一個執行緒就可以管理多個fd，只有當fd真正有讀、寫或者例外事件發生才會占用資源來進行實際的操作，因此，IO多路復用比較適合連接數比較多的情況，IO多路復用比非阻塞IO的效率高是因為在非阻塞IO中，不斷地詢問socket狀態時通過用戶執行緒去進行的，而在IO多路復用中，輪詢每個socket狀態是內核在進行的，這個效率要比用戶執行緒要高的多，
不過要注意的是，IO多路復用是通過輪詢的方式來檢測是否有事件到達，并且對到達的事件逐一進行回應，因此對于IO多路復用來說，一旦事件回應體很大，那么就會導致后續的事件遲遲得不到處理，并且會影響新事件的輪詢，
信號驅動IO（Signal—Driven I/O）
Application發起一個IO請求，Kernel會給對應的socket注冊一個信號函式，然后Application繼續執行其它操作，當Kernel中資料就緒時會發送一個信號給Application，Application接收到信號之后，便在信號函式中呼叫IO讀寫操作來進行實際的IO請求操作，這個一般用于UDP中，對TCP套介面幾乎是沒用的，原因是該信號產生得過于頻繁，并且該信號的出現并沒有告訴我們發生了什么事情，
異步IO（Asynchronous I/O，AIO）
異步IO模型才是最理想的IO模型，在異步IO模型中，當Application發起aio_read操作之后，立刻就可以開始去做其它的事，當Kernel收到一個aio_read請求之后會立刻回傳，說明read請求已經成功發起了，因此不會對Application產生任何block，然后，Kernel會等待IO資料準備完成，然后將資料從內核空間copy到用戶空間，當這一切都完成之后，Kernel會給Application發送一個信號，告訴它read操作完成了，也就說Application完全不需要關心實際的整個IO操作是如何進行的，只需要先發起一個請求，當接收Kernel回傳的成功信號時表示IO操作已經完成，可以直接去使用資料了，
也就說在異步IO模型中，IO操作的兩個階段都不會阻塞Application，這兩個階段都是由Kernel自動完成，然后發送一個信號告知Application操作已完成，Application中不需要再次呼叫IO函式（recvfrom）進行具體的讀寫，這點是和信號驅動IO模型有所不同的，在信號驅動IO模型中，當Application接收到信號表示資料已經就緒，然后需要Application呼叫IO函式（recvfrom）進行實際的讀寫操作；而在異步IO模型中，收到信號表示IO操作已經完成，不需要再在Application中呼叫IO函式（recvfrom）進行實際的讀寫操作，
很少有Linux系統支持異步IO模型，Windows的IOCP就是該模型，
IO模型對比
結論
- 阻塞程度：Blocking I/O>Nonblocking I/O>I/O Multiplexing>Signal-Driven I/O >Asynchronous I/O，效率是由低到高的
- 對于Blocking I/O、Nonblocking I/O、I/O Multiplexing和Signal-Driven I/O 而言，第一階段的處理方式不同，第二階段的處理是相同的（阻塞的呼叫
recvfrom）
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標籤：Java
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