Java I/O模型

同步 vs. 异步

同步I/O　每个请求必须逐个地被处理，一个请求的处理会导致整个流程的暂时等待，这些事件无法并发地执行。用户线程发起I/O请求后需要等待或者轮询内核I/O操作完成后才能继续执行。

异步I/O　多个请求可以并发地执行，一个请求或者任务的执行不会导致整个流程的暂时等待。用户线程发起I/O请求后仍然继续执行，当内核I/O操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。

阻塞 vs. 非阻塞

阻塞　某个请求发出后，由于该请求操作需要的条件不满足，请求操作一直阻塞，不会返回，直到条件满足。

非阻塞　请求发出后，若该请求需要的条件不满足，则立即返回一个标志信息告知条件不满足，而不会一直等待。一般需要通过循环判断请求条件是否满足来获取请求结果。

需要注意的是，阻塞并不等价于同步，而非阻塞并非等价于异步。事实上这两组概念描述的是I/O模型中的两个不同维度。

同步和异步着重点在于多个任务执行过程中，后发起的任务是否必须等先发起的任务完成之后再进行。而不管先发起的任务请求是阻塞等待完成，还是立即返回通过循环等待请求成功。

而阻塞和非阻塞重点在于请求的方法是否立即返回（或者说是否在条件不满足时被阻塞）。

Unix下五种I/O模型

Unix 下共有五种 I/O 模型：

  • 阻塞 I/O

  • 非阻塞 I/O

  • I/O 多路复用（select和poll）

  • 信号驱动 I/O（SIGIO）

  • 异步 I/O（Posix.1的aio_系列函数）

阻塞I/O

如上文所述，阻塞I/O下请求无法立即完成则保持阻塞。阻塞I/O分为如下两个阶段。

  • 阶段1：等待数据就绪。网络 I/O 的情况就是等待远端数据陆续抵达；磁盘I/O的情况就是等待磁盘数据从磁盘上读取到内核态内存中。

  • 阶段2：数据拷贝。出于系统安全，用户态的程序没有权限直接读取内核态内存，因此内核负责把内核态内存中的数据拷贝一份到用户态内存中。

非阻塞I/O

非阻塞I/O请求包含如下三个阶段