IO模型（一）

一、IO模型

同步、异步：

阻塞、非阻塞：

read的两步操作：

（1）等待数据准备。

（2）数据从内核空间拷贝到用户空间。

 

二、Unix提供的5种IO模型

    （1）阻塞    IO：调用了某个函数，等待该函数返回，期间什么都不做，一直检查该函数有没有返回。等到该函数有返回才可以进行下一步动作。

实现步骤

编程步骤：

服务端：

1. 创建ServerSocket实例
2. 绑定占用端口
3. 通过accept()方法监听并等待客户端的连接
4. 如果有客户端连接，则获得Socket实例
5. 通过Socket实例进行读写操作
6. 关闭资源和Socket

客户端：

1. 创建Socket实例
2. 通过connect()方法连接服务端
3. 进行读写操作
4. 关闭资源

    （2）非阻塞IO：非阻塞等待，每隔一段时间就去检测IO事件是否就绪。没有就绪就可以做其他事。

实现步骤：

服务端：

1. 创建ServerSocketChannel实例(open)
2. 对实例绑定端口（bind）
3. 将实例设置为非阻塞(configureBlocking)
4. 实例化selector选择器（open）
5. 将ServerSocketChannel实例注册(register)到selector选择器,并关注可接受事件
6. 选择器进行监听，有事件发生则返回
7. 遍历感兴趣事件集合，判断是否有可接受事件
8. 有可接受事件发生，获取对应通道，调用accept()方法获取SocketChannel实例
9. SocketChannel实例设置为非阻塞，将其注册到选择器，并关注读事件
10. 循环第6步，遍历集合，判断是否有可读事件发生
11. 通过Buffer从channel读取数据
12. 关闭打开的资源，包括selector选择器，关闭SocketChannel实例、ServerSocketChannel实例

客户端：

1. 创建socketChanel实例
2. 将socketChanel实例设置为非阻塞
3. 创建selector实例
4. 连接服务端，立即返回结果不成功，将chanel注册到选择器中，并关注可连接事件
5. selector实例监听事件，有事件发生则返回
6. 如该事件是可连接事件，则完成当前连接（finishConnect）
7. 发送消息，接收消息
8. 关闭资源

    （3）IO复用：inux用select/poll函数实现IO复用模型，这两个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞IO所不同的是这两个函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测。知道有数据可读或可写时，才真正调用IO操作函数

    （4）信号量：信号驱动IO:linux用套接口进行信号驱动IO，安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞，当IO时间就绪，进程收到SIGIO信号。然后处理IO事件。

    （5）异步IO：linux中，可以调用aio_read函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方式，然后立即返回，当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。

三、区别

（1）BIO

BIO编程步骤：

服务端：
1、创建ServerSocket实例
2、绑定占用端口
3、通过accept()方法监听并等待客户端的连接
4、如果有客户端连接，则获得Socket实例
5、通过Socket实例进行读写操作
6、关闭资源和Socket

客户端：
1、创建Socket实例
2、通过connect()方法连接服务端
3、进行读写操作
4、关闭资源

可能阻塞的方法：accept()、connect()、read()、write()

BIO缺点：

本地操作系统占用，每次创建线程。多线程时线程切换，当瞬间并发量很大时，CPU或内存使用率高。

（2）NIO（同步非阻塞）

类似于IO复用模型，包括Channel（通道）、Buffer（缓存）、Selector（选择器/IO复用器）。

NIO编程步骤：

TCP:
ServerSocketChannel
SocketChannel

服务端：
1、创建ServerSocketChannel实例(open)
2、对实例绑定端口（bind）
3、将实例设置为非阻塞(configureBlocking)
4、实例化selector选择器（open）
5、将ServerSocketChannel实例注册(register)到selector选择器,并关注可接受事件
6、选择器进行监听，有事件发生则返回
7、遍历感兴趣事件集合，判断是否有可接受事件
8、有可接受事件发生，获取对应通道，调用accept()方法获取SocketChannel实例
9、SocketChannel实例设置为非阻塞，将其注册到选择器，并关注读事件
10、循环第6步，遍历集合，判断是否有可读事件发生
11、通过Buffer从channel读取数据
12、关闭打开的资源，包括selector选择器，关闭SocketChannel实例、ServerSocketChannel实例

客户端：
1、创建socketChanel实例
2、将socketChanel实例设置为非阻塞
3、创建selector实例
4、连接服务端，立即返回结果不成功，将chanel注册到选择器中，并关注可连接事件
5、selector实例监听事件，有事件发生则返回
6、如该事件是可连接事件，则完成当前连接（finishConnect）
7、发送消息，接收消息
8、关闭资源
 

（3）AIO（异步阻塞IO）：

accept()方法：

 

BIO、NIO、AIO应用场景：

BIO	并发量固定的业务请求。
NIO	并发量高、业务逻辑简单（轻量级）——聊天
AIO	并发量高、业务逻辑复杂（重量级）