Java NIO和操作系统I/O模型

NIO，New IO，相对Java1.4之前老的IO（OIO）。
操作系统就说Linux吧。

Linux上的I/O模型大致分为五种：
阻塞式，非阻塞式，I/O复用，信号驱动式I/O，异步I/O（AIO）。

（菜鸟我本来以为I/O复用已经算很高级的了，还经常用这个来考别人，如果对方答不上来还要沾沾自喜一番。羞愧地无地自容了，掩面。）

言归正传，这里说的I/O都是针对网络的，文件以及其他外设暂时不考虑。

有必要先解释一下阻塞、非阻塞，同步、异步的概念。

阻塞和非阻塞指的是执行一个操作是等操作结束再返回，还是马上返回。比如你去车站接朋友，这是一个操作。可以有两种执行方式。第一种，你这人特实诚，老早就到了车站一直等到车来了接到朋友为止。第二种，你到了车站，问值班的那趟车来了没有，“还没有”，你出去逛一圈，可能过会回来再问。第一种就是阻塞方式，第二种则是非阻塞的。

我认为阻塞和非阻塞讲得是做事方法，是针对做事的人而言的。

同步和异步又是另外一个概念，它是事件本身的一个属性。比如老板让你去搬一堆石头，而且只让你一个人干，你只好自己上阵，最后的结果是搬完了，还是你砸到脚了，只有搬完了才知道。这就是同步的事件。如果老板还给你个小弟，你就可以让小弟去搬，搬完了告你一声。这就变成异步的了。其实异步还可以分为两种：带通知的和不带通知的。前面说的那种属于带通知的。有些小弟干活可能主动性不是很够，不会主动通知你，你就需要时不时的去关注一下状态。这种就是不带通知的异步。

对于同步的事件，你只能以阻塞的方式去做。
而对于异步的事件，阻塞和非阻塞都是可以的。非阻塞又有两种方式：主动查询和被动接收消息。被动不意味着一定不好，在这里它恰恰是效率更高的，因为在主动查询里绝大部分的查询是在做无用功。对于带通知的异步事件，两者皆可。而对于不带通知的，则只能用主动查询。

回到I/O，不管是I还是O，对外设的访问都可以分成请求和执行两个阶段。请求就是看外设的状态信息（比如是否准备好了），执行才是真正的I/O操作。在Linux 2.6之前，只有“请求”是异步事件，2.6之后才引入AIO把“执行”异步化。别看Linux/Unix是用来做服务器的，这点上比Windows落后了好多，IOCP（Windows上的AIO）在Win2000上就有了。这也是为什么ACE框架中，Proactor模型在Linux上只能是模拟的。

Linux上的前四种I/O模型的“执行”阶段都是同步的，只有最后一种才做到了真正的全异步。

第一种阻塞式是最原始的方法，也是最累的办法。当然累与不累要看针对谁。应用程序是和内核打交道的。对应用程序来说，这种方式是最累的，但对内核来说这种方式恰恰是最省事的。还拿接人这事为例，你就是应用程序，值班员就是内核，如果你去了一直等着，值班员就省事了。

当然现在计算机的设计，包括操作系统，越来越为终端用户考虑了，为了让用户满意，内核慢慢的承担起越来越多的工作。IO模型的演化也是如此。

非阻塞式，I/O复用，信号驱动式I/O其实都是非阻塞的，当然是针对“请求”这个阶段。非阻塞式是主动查询外设状态。I/O复用里的select，poll也是主动查询，不同的是select和poll可以同时查询多个fd（文件句柄）的状态，另外select有fd个数的限制。epoll是基于回调函数的。信号驱动式I/O则是基于信号消息的。这两个应该可以归到“被动接收消息”那一类中。

最后就是伟大的AIO的出现，内核把什么事都干了，对上层应用实现了全异步，性能最好，当然复杂度也最高。

才发现，忘了说Java的NIO了。

Java1.4引入的NIO 1.0是基于I/O复用的。在各个平台上会选择不同的复用方式。Linux用的epoll，BSD上用kqueue，Windows上应该是重叠I/O（肯定不是IOCP）。

NIO 2.0里终于有AIO了，Linux上用AIO，Windows上用IOCP。

评论

1 楼 yuanliangding 2016-08-20  

以为java没有epoll