10分钟看懂，Java NIO 底层原理( 四 ) .font_s.ios.pgcarticle

NIO的优点：每次发起的 IO 系统调用，在内核的等待数据过程中可以立即返回。用户线程不会阻塞，实时性较好。
NIO的缺点：需要不断的重复发起IO系统调用，这种不断的轮询，将会不断地询问内核，这将占用大量的 CPU 时间，系统资源利用率较低。
总之， NIO模型在高并发场景下，也是不可用的。一般 Web 服务器不使用这种 IO 模型。一般很少直接使用这种模型，而是在其他IO模型中使用非阻塞IO这一特性。 java的实际开发中，也不会涉及这种IO模型。
再次说明， Java NIO（New IO）不是IO模型中的NIO模型，而是另外的一种模型，叫做IO多路复用模型（ IO multiplexing ）。
1.5. IO多路复用模型(I/O multiplexing）如何避免同步非阻塞NIO模型中轮询等待的问题呢？这就是IO多路复用模型。
IO多路复用模型，就是通过一种新的系统调用，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。
目前支持IO多路复用的系统调用，有 select ， epoll等等。 select系统调用，是目前几乎在所有的操作系统上都有支持，具有良好跨平台特性。 epoll是在linux 2.6内核中提出的，是select系统调用的linux增强版本。
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。
举个栗子。发起一个多路复用IO的的read读操作系统调用，流程是这个样子：
文章插图
在这种模式中，首先不是进行read系统调动，而是进行select/epoll系统调用。当然，这里有一个前提，需要将目标网络连接，提前注册到select/epoll的可查询socket列表中。然后，才可以开启整个的IO多路复用模型的读流程。
（1）进行select/epoll系统调用，查询可以读的连接。 kernel会查询所有select的可查询socket列表，当任何一个socket中的数据准备好了， select就会返回。
当用户进程调用了select ，那么整个线程会被block（阻塞掉）。
（2）用户线程获得了目标连接后，发起read系统调用，用户线程阻塞。内核开始复制数据。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），然后kernel返回结果。
（3）用户线程才解除block的状态，用户线程终于真正读取到数据，继续执行。
多路复用IO的特点：
IO多路复用模型，建立在操作系统kernel内核能够提供的多路分离系统调用select/epoll基础之上的。多路复用IO需要用到两个系统调用（system call），一个select/epoll查询调用，一个是IO的读取调用。
和NIO模型相似，多路复用IO需要轮询。负责select/epoll查询调用的线程，需要不断的进行select/epoll轮询，查找出可以进行IO操作的连接。
另外，多路复用IO模型与前面的NIO模型，是有关系的。对于每一个可以查询的socket ，一般都设置成为non-blocking模型。只是这一点，对于用户程序是透明的（不感知）。
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。
如何充分的解除线程的阻塞呢？那就是异步IO模型。
1.6. 异步IO模型（asynchronous IO）如何进一步提升效率，解除最后一点阻塞呢？这就是异步IO模型，全称asynchronous I/O ，简称为AIO 。
AIO的基本流程是：用户线程通过系统调用，告知kernel内核启动某个IO操作，用户线程返回。 kernel内核在整个IO操作（包括数据准备、数据复制）完成后，通知用户程序，用户执行后续的业务操作。
kernel的数据准备是将数据从网络物理设备（网卡）读取到内核缓冲区；kernel的数据复制是将数据从内核缓冲区拷贝到用户程序空间的缓冲区。