I/O

IO是我们常遇到的概念，其中I代表了Input输入，O代表了Output输出。这个在什么搭建服务器这种问的比较多，比如问你怎么样搭建一个Netty服务器。

IO分为三种：BIO, NIO, AIO。

• BIO: 同步阻塞IO，是同步的，即我们通常使用的IO模型，数据从输入流读取到输出流，必须等待读取操作完成后才能进行写入操作。

  这个是最原始，最朴素的想法，就是传进来任何东西，读和写都顺序执行。

• NIO: 非阻塞IO，可以理解为异步了一般，在Java 1.4中引入的新特性，提供了一种新的IO模型，可以实现异步非阻塞的IO操作。

  即东西通过socket进来之后，它会先存在一个地方，然后开出另外一个线程用于处理。

  而它其实又被分为三种：select, poll, epoll。它们都是半个异步，实际上全是轮询实现的。前面两个基本已经被弃用，大多都是epoll了。

  • select: 监视多个输入通道，等待IO事件的发生。具体是使用FD(文件描述符)来实现，这个是操作系统当中提到的概念，然后通过FD去找到被操作的文件，从而进行IO操作。

  # select 伪代码
  while True:
      fds = []
      getFD(fds)
      for fd in fds:
          getEventsByFD(fd)
          if event == read:
              readData(fd)
          elif event == write:
              writeData(fd)

  • poll: 监视多个输入通道，等待IO事件的发生，但是比select更加高效。它将FD这个较为底层的概念，使用了一个结构体进行替代。

  # poll 伪代码
  while True:
      structs = LinkedList()
      getStructs(structs)
      for struct in structs:
          getEventsByStruct(struct)
          if event == read:
              readData(struct)
          elif event == write:
              writeData(struct)

  • epoll: 监视多个输入通道，等待IO事件的发生，支持水平触发和边缘触发。不论是select还是poll，它们都无法避免对内容的拷贝，所以epoll采用了内核统一管理的方式，避免了拷贝操作。我们每次只需要向内核提出请求，然后内核就会返回可以处理的文件。

  # epoll 伪代码
  while True: # epoll使用的不同于前两者的直接遍历，而是采用红黑树进行优化
      waitFor() # 因为NIO都是阻塞的，需要等待事件处理完毕
      handleEvents() # 处理事件

• AIO: 异步非阻塞IO，完全异步但是需要系统支持，在Java 7中引入的新特性，提供了一种新的IO模型，可以实现真正的异步非阻塞IO操作。

  它与NIO的区别在于，它是真正的异步非阻塞，不需要线程切换，而是由操作系统直接返回结果，不需要用户自己去处理。

  它主要有两种实现方式：

  • 基于回调函数的AIO: 这种方式是最常用的，它通过回调函数的方式，将IO操作的结果通知到用户。

  • 基于Future模式的AIO: 这种方式是基于Java 8引入的 CompletableFuture 类，它提供了一种更加高级的异步编程模型。