先來(lái)看看API的使用很钓。

1. IO 流原理及流的分類

1.1 Java IO

1. I/O是Input/Output的縮寫(xiě)春霍，I/O技術(shù)是非常實(shí)用的技術(shù)翅睛，用于處理數(shù)據(jù)傳輸比默。如讀/寫(xiě)文件，網(wǎng)絡(luò)通訊等驼修。
2. Java程序中殿遂，對(duì)于數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作以“流（Stream）”的方式進(jìn)行。
3. java.io包下提供了各種“流”類和接口乙各，用以獲取不同種類的數(shù)據(jù)墨礁，并通過(guò)方法輸入或輸出數(shù)據(jù)
4. 輸入input：讀取外部數(shù)據(jù)（磁盤(pán)、光盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)）到程序（內(nèi)存）中
5. 輸出output：將程序（內(nèi)存）數(shù)據(jù)輸出到磁盤(pán)耳峦、光盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備中

1.2 流的分類

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節(jié)點(diǎn)流和處理流

節(jié)點(diǎn)流和處理流的區(qū)別和聯(lián)系

1. 節(jié)點(diǎn)流是底層流/低級(jí)流恩静，直接跟數(shù)據(jù)源相接。
2. 處理流（包裝流）包裝節(jié)點(diǎn)流蹲坷，既可以消除不同節(jié)點(diǎn)流的實(shí)現(xiàn)差異驶乾，也可以提供更方便的方法來(lái)完成輸入輸出
3. 處理流（也叫包裝流）對(duì)節(jié)點(diǎn)流進(jìn)行包裝，使用了修飾器設(shè)計(jì)模式循签，不會(huì)直接與數(shù)據(jù)源相連

處理流的功能主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:

1. 性能的提高：主要以增加緩沖的方式來(lái)提高輸入輸出的效率
2. 操作的便捷：處理流可能提供了一系列便捷的方法來(lái)一次輸入輸出大批量的數(shù)據(jù)级乐，使用更加靈活方便。

來(lái)看看4種處理流：

1.處理流BufferedReader 和BufferedWriter
BufferedReader 和 BufferedWriter 屬于字符流县匠，是按字符來(lái)讀取數(shù)據(jù)的
關(guān)閉時(shí)风科，處理流只需要關(guān)閉外層流即可

下面來(lái)看看BufferedReader使用撒轮。

public class BufferedReader_ {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String filePath = "e:\\a.java";
        //創(chuàng)建bufferedReader
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader(filePath));
        //讀取
        String line; //按行讀取, 效率高
        //說(shuō)明
        //1. bufferedReader.readLine() 是按行讀取文件
        //2. 當(dāng)返回null 時(shí)，表示文件讀取完畢
        while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
          System.out.println(line);
        }
        //關(guān)閉流, 這里注意贼穆，只需要關(guān)閉BufferedReader 题山，因?yàn)榈讓訒?huì)自動(dòng)的去關(guān)閉節(jié)點(diǎn)流 
        bufferedReader.close();
    }
}

2.處理流BufferedInputStream 和BufferedOutputStream
BufferedInputStream 是字節(jié)流，在創(chuàng)建BufferedInputStream 時(shí)故痊，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)部緩沖區(qū)數(shù)組顶瞳。
BufferedOutputStream是字節(jié)流，實(shí)現(xiàn)緩沖的輸出流愕秫，可以將多個(gè)字節(jié)寫(xiě)入底層輸出流中慨菱，而不必對(duì)每次字節(jié)寫(xiě)入調(diào)用底層系統(tǒng)。

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3.對(duì)象流ObjectInputStream 和ObjectOutputStream
功能：提供了對(duì)基本類型或?qū)ο箢愋偷男蛄谢头葱蛄谢姆椒?br> ObjectOutputStream 提供序列化功能
ObjectInputStream 提供反序列化功能

1.序列化就是在保存數(shù)據(jù)時(shí)豫领，保存數(shù)據(jù)的值和數(shù)據(jù)類型
2.反序列化就是在恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)抡柿，恢復(fù)數(shù)據(jù)的值和數(shù)據(jù)類型
3.需要讓某個(gè)對(duì)象支持序列化機(jī)制舔琅，則必須讓其類是可序列化的等恐，為了讓某個(gè)類是可序列化的，該類必須實(shí)現(xiàn)接口备蚓。

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4.轉(zhuǎn)換流InputStreamReader 和OutputStreamWriter

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先看一個(gè)文件亂碼問(wèn)題课蔬，引出學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換流必要性。

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//看一個(gè)中文亂碼問(wèn)題
public class CodeQuestion {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    //讀取e:\\a.txt 文件到程序
    //思路
    //1. 創(chuàng)建字符輸入流BufferedReader [處理流]
    //2. 使用BufferedReader 對(duì)象讀取a.txt
    //3. 默認(rèn)情況下郊尝，讀取文件是按照utf-8 編碼
    String filePath = "e:\\a.txt";
    BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(filePath));
    String s = br.readLine();
    System.out.println("讀取到的內(nèi)容: " + s);
    br.close();
    //InputStreamReader
    //OutputStreamWriter
    }
}

演示使用InputStreamReader 轉(zhuǎn)換流解決中文亂碼問(wèn)題

public class InputStreamReader_ {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
  String filePath = "e:\\a.txt";
  //解讀
  //1. 把FileInputStream 轉(zhuǎn)成InputStreamReader
  //2. 指定編碼 gbk
  //InputStreamReader isr = new InputStreamReader(new   FileInputStream(filePath), "gbk"); //3. 把 InputStreamReader   傳入 BufferedReader
  //3. 把InputStreamReader 傳入 BufferedReader
  //BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
  //將2 和 3 合在一起
  BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(filePath), "gbk"));
  //4. 讀取
  String s = br.readLine();
  System.out.println("讀取內(nèi)容=" + s); 
  //5. 關(guān)閉外層流
  br.close();
  }
}

1.3 Java IO讀寫(xiě)原理

無(wú)論是Socket的讀寫(xiě)還是文件的讀寫(xiě)二跋，在Java層面的應(yīng)用開(kāi)發(fā)或者是linux系統(tǒng)底層開(kāi)發(fā)，都屬于輸入input和輸出output的處理流昏，簡(jiǎn)稱為IO讀寫(xiě)扎即。在原理上和處理流程上，都是一致的况凉。區(qū)別在于參數(shù)的不同谚鄙。
用戶程序進(jìn)行IO的讀寫(xiě)，基本上會(huì)用到read&write兩大系統(tǒng)調(diào)用刁绒∶朴可能不同操作系統(tǒng)，名稱不完全一樣知市，但是功能是一樣的傻盟。
先強(qiáng)調(diào)一個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)：read系統(tǒng)調(diào)用，并不是把數(shù)據(jù)直接從物理設(shè)備嫂丙，讀數(shù)據(jù)到內(nèi)存娘赴。write系統(tǒng)調(diào)用，也不是直接把數(shù)據(jù)跟啤，寫(xiě)入到物理設(shè)備诽表。
read系統(tǒng)調(diào)用媳叨，是把數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)復(fù)制到進(jìn)程緩沖區(qū)；而write系統(tǒng)調(diào)用关顷，是把數(shù)據(jù)從進(jìn)程緩沖區(qū)復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū)糊秆。這個(gè)兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，都不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在內(nèi)核緩沖區(qū)和磁盤(pán)之間的交換议双。底層的讀寫(xiě)交換痘番，是由操作系統(tǒng)kernel內(nèi)核完成的。

操作系統(tǒng)中誰(shuí)負(fù)責(zé)IO拷貝平痰？
DMA 負(fù)責(zé)內(nèi)核間的 IO 傳輸汞舱，CPU 負(fù)責(zé)內(nèi)核和應(yīng)用間的 IO 傳輸。
兩種拷貝類型：
（1）CPU COPY
通過(guò)計(jì)算機(jī)的組成原理我們知道, 內(nèi)存的讀寫(xiě)操作是需要 CPU 的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)總線,地址總線和控制總線來(lái)完成的因此在"拷貝"發(fā)生的時(shí)候,往往需要 CPU 暫妥诠停現(xiàn)有的處理邏輯,來(lái)協(xié)助內(nèi)存的讀寫(xiě)昂芜，這種我們稱為 CPU COPY。CPU COPY 不但占用了 CPU 資源,還占用了總線的帶寬赔蒲。
（2）DMA COPY
DMA(DIRECT MEMORY ACCESS) 是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的重要功能泌神，它有一個(gè)重要特點(diǎn)：當(dāng)需要與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí), CPU 只需要初始化這個(gè)動(dòng)作便可以繼續(xù)執(zhí)行其他指令,剩下的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭?dòng)作完全由DMA來(lái)完成可以看到 DMA COPY 是可以避免大量的 CPU 中斷的。
拷貝過(guò)程中會(huì)發(fā)生什么舞虱？
從內(nèi)核態(tài)到用戶態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生上下文切換欢际，上下文切換時(shí)指由用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài), 以及由內(nèi)核態(tài)切換到用戶態(tài)。
非零拷貝IO流程

https://zhuanlan.zhihu.com/p/430848775

由上圖可以很清晰地看到, 一次 read-send 涉及到了四次拷貝:

硬盤(pán)拷貝到內(nèi)核緩沖區(qū)(DMA COPY)矾兜；
內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序緩沖區(qū)(CPU COPY)损趋；
應(yīng)用程序緩沖區(qū)拷貝到socket緩沖區(qū)(CPU COPY)；
socket buf拷貝到網(wǎng)卡的buf(DMA COPY)椅寺。
其中涉及到2次 CPU 中斷, 還有4次的上下文切換浑槽。很明顯,第2次和第3次的的 copy 只是把數(shù)據(jù)復(fù)制到 app buffer 又原封不動(dòng)的復(fù)制回來(lái), 為此帶來(lái)了兩次的 CPU COPY 和兩次上下文切換, 是完全沒(méi)有必要的。

Linux 的零拷貝技術(shù)就是為了優(yōu)化掉這兩次不必要的拷貝返帕。

內(nèi)核緩沖與進(jìn)程緩沖區(qū)

緩沖區(qū)的目的桐玻，是為了減少頻繁的系統(tǒng)IO調(diào)用。大家都知道溉旋，系統(tǒng)調(diào)用需要保存之前的進(jìn)程數(shù)據(jù)和狀態(tài)等信息畸冲，而結(jié)束調(diào)用之后回來(lái)還需要恢復(fù)之前的信息，為了減少這種損耗時(shí)間观腊、也損耗性能的系統(tǒng)調(diào)用邑闲，于是出現(xiàn)了緩沖區(qū)。
有了緩沖區(qū)梧油，操作系統(tǒng)使用read函數(shù)把數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)復(fù)制到進(jìn)程緩沖區(qū)苫耸，write把數(shù)據(jù)從進(jìn)程緩沖區(qū)復(fù)制到內(nèi)核緩沖區(qū)中。等待緩沖區(qū)達(dá)到一定數(shù)量的時(shí)候儡陨，再進(jìn)行IO的調(diào)用褪子，提升性能量淌。至于什么時(shí)候讀取和存儲(chǔ)則由內(nèi)核來(lái)決定，用戶程序不需要關(guān)心嫌褪。
在linux系統(tǒng)中呀枢，系統(tǒng)內(nèi)核也有個(gè)緩沖區(qū)叫做內(nèi)核緩沖區(qū)。每個(gè)進(jìn)程有自己獨(dú)立的緩沖區(qū)笼痛，叫做進(jìn)程緩沖區(qū)裙秋。
所以，用戶程序的IO讀寫(xiě)程序缨伊，大多數(shù)情況下摘刑，并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際的IO操作，而是在讀寫(xiě)自己的進(jìn)程緩沖區(qū)刻坊。

https://www.cnblogs.com/crazymakercircle/p/10225159.html

2. NIO

NIO：Non-blocking IO 枷恕，非阻塞IO。
2.1 NIO API 簡(jiǎn)單理解
先看看NIO概述谭胚，可以參考這篇
java nio 詳_java NIO 詳解

下面來(lái)簡(jiǎn)單看看MappedByteBuffer徐块，這是NIO包下的一個(gè)類。

https://www.runoob.com/manual/jdk1.6/java.base/java/nio/MappedByteBuffer.html

FileChannel提供了map方法把文件映射到虛擬內(nèi)存漏益，通常情況可以映射整個(gè)文件蛹锰，如果文件比較大深胳，可以進(jìn)行分段映射绰疤。
具體可參考這2篇
深入淺出MappedByteBuffer
MappedByteBuffer的使用

2.2 NIO的零拷貝

NIO的零拷貝由transferTo方法實(shí)現(xiàn)。transferTo方法將數(shù)據(jù)從FileChannel對(duì)象傳送到可寫(xiě)的字節(jié)通道（如Socket Channel等）舞终。在transferTo方法內(nèi)部實(shí)現(xiàn)中轻庆，由native方法transferTo0來(lái)實(shí)現(xiàn)，它依賴底層操作系統(tǒng)的支持敛劝。在UNIX和Linux系統(tǒng)中余爆，調(diào)用這個(gè)方法會(huì)引起sendfile()系統(tǒng)（Linux 內(nèi)核2.1開(kāi)始引入一個(gè)叫 sendFile 系統(tǒng)調(diào)用,這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用可以在內(nèi)核態(tài)內(nèi)把數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)直接復(fù)制到套接字(SOCKET)緩沖區(qū)內(nèi), 從而可以減少上下文的切換和不必要數(shù)據(jù)的復(fù)制。 具體可看這篇 https://zhuanlan.zhihu.com/p/430848775）調(diào)用夸盟，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)直接從內(nèi)核的讀緩沖區(qū)傳輸?shù)教捉幼志彌_區(qū)蛾方，避免了用戶態(tài)(User-space) 與內(nèi)核態(tài)(Kernel-space) 之間的數(shù)據(jù)拷貝。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/430848775

"零拷貝"中的"拷貝"是指操作系統(tǒng)在I/O操作中,將數(shù)據(jù)從一個(gè)內(nèi)存區(qū)域復(fù)制到另外一個(gè)內(nèi)存區(qū)域，而"零"并不是指0次復(fù)制, 更多的是指在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的復(fù)制是0次释簿。

在不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)文件操作時(shí)亚隅，可以使用NIO的零拷貝。但如果既需要IO速度庶溶，又需要進(jìn)行數(shù)據(jù)操作煮纵，則需要使用NIO的直接內(nèi)存映射懂鸵。

2.3 內(nèi)存映射

2.3.1 Linux直接內(nèi)存映射

Linux提供的mmap系統(tǒng)調(diào)用, 它可以將一段用戶空間內(nèi)存映射到內(nèi)核空間, 當(dāng)映射成功后, 用戶對(duì)這段內(nèi)存區(qū)域的修改可以直接反映到內(nèi)核空間；同樣地行疏， 內(nèi)核空間對(duì)這段區(qū)域的修改也直接反映用戶空間匆光。正因?yàn)橛羞@樣的映射關(guān)系, 就不需要在用戶態(tài)(User-space)與內(nèi)核態(tài)(Kernel-space) 之間拷貝數(shù)據(jù)， 提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男誓鹆@就是內(nèi)存直接映射技術(shù)殴穴。

2.3.2 NIO的直接內(nèi)存映射

JDK1.4加入了NIO機(jī)制和直接內(nèi)存，目的是防止Java堆和Native堆之間數(shù)據(jù)復(fù)制帶來(lái)的性能損耗货葬，此后NIO可以使用Native的方式直接在 Native堆分配內(nèi)存采幌。

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直接內(nèi)存的創(chuàng)建
在ByteBuffer有兩個(gè)子類，HeapByteBuffer和DirectByteBuffer震桶。前者是存在于JVM堆中的休傍，后者是存在于Native堆中的。

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public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
    if (capacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}

申請(qǐng)直接內(nèi)存

public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
    return new DirectByteBuffer(capacity);
}

使用直接內(nèi)存的原因

• 對(duì)垃圾回收停頓的改善蹲姐。因?yàn)閒ull gc時(shí)磨取，垃圾收集器會(huì)對(duì)所有分配的堆內(nèi)內(nèi)存進(jìn)行掃描，垃圾收集對(duì)Java應(yīng)用造成的影響柴墩，跟堆的大小是成正比的忙厌。過(guò)大的堆會(huì)影響Java應(yīng)用的性能。如果使用堆外內(nèi)存的話江咳，堆外內(nèi)存是直接受操作系統(tǒng)管理逢净。這樣做的結(jié)果就是能保持一個(gè)較小的JVM堆內(nèi)存，以減少垃圾收集對(duì)應(yīng)用的影響歼指。（full gc時(shí)會(huì)觸發(fā)堆外空閑內(nèi)存的回收爹土。）
• 減少了數(shù)據(jù)從JVM拷貝到native堆的次數(shù)，在某些場(chǎng)景下可以提升程序I/O的性能踩身。
• 可以突破JVM內(nèi)存限制胀茵，操作更多的物理內(nèi)存。

當(dāng)直接內(nèi)存不足時(shí)會(huì)觸發(fā)full gc挟阻，排查full gc的時(shí)候琼娘，一定要考慮。

使用直接內(nèi)存的問(wèn)題

• 堆外內(nèi)存難以控制附鸽，如果內(nèi)存泄漏脱拼，那么很難排查（VisualVM可以通過(guò)安裝插件來(lái)監(jiān)控堆外內(nèi)存）。
• 堆外內(nèi)存只能通過(guò)序列化和反序列化來(lái)存儲(chǔ)拒炎，保存對(duì)象速度比堆內(nèi)存慢挪拟，不適合存儲(chǔ)很復(fù)雜的對(duì)象。一般簡(jiǎn)單的對(duì)象或者扁平化的比較適合击你。
• 直接內(nèi)存的訪問(wèn)速度（讀寫(xiě)方面）會(huì)快于堆內(nèi)存玉组。在申請(qǐng)內(nèi)存空間時(shí)谎柄，堆內(nèi)存速度高于直接內(nèi)存。

使用場(chǎng)景

• 直接內(nèi)存適合申請(qǐng)次數(shù)少惯雳，訪問(wèn)頻繁的場(chǎng)合朝巫。如果內(nèi)存空間需要頻繁申請(qǐng)，則不適合直接內(nèi)存石景。

3.IO與NIO的區(qū)別

IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的往史。

• Java NIO使我們可以進(jìn)行非阻塞IO操作仗颈。比如說(shuō)，單線程中從通道讀取數(shù)據(jù)到buffer椎例，同時(shí)可以繼續(xù)做別的事情挨决，當(dāng)數(shù)據(jù)讀取到buffer中后脖祈，線程再繼續(xù)處理數(shù)據(jù)。寫(xiě)數(shù)據(jù)也是一樣的刷晋。另外或舞，非阻塞寫(xiě)也是如此。一個(gè)線程請(qǐng)求寫(xiě)入一些數(shù)據(jù)到某通道蒙幻，但不需要等待它完全寫(xiě)入，這個(gè)線程同時(shí)可以去做別的事情胆筒。

• Java IO的各種流是阻塞的邮破。這意味著，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用read() 或 write()時(shí)仆救，該線程被阻塞抒和，直到有一些數(shù)據(jù)被讀取，或數(shù)據(jù)完全寫(xiě)入彤蔽。該線程在此期間不能再干任何事情了摧莽。

  
  
  image.png

選擇器（Selectors）
Java NIO的選擇器允許一個(gè)單獨(dú)的線程來(lái)監(jiān)視多個(gè)輸入通道，你可以注冊(cè)多個(gè)通道使用一個(gè)選擇器顿痪，然后使用一個(gè)單獨(dú)的線程來(lái)“選擇”通道：這些通道里已經(jīng)有可以處理的輸入镊辕，或者選擇已準(zhǔn)備寫(xiě)入的通道油够。這種選擇機(jī)制，使得一個(gè)單獨(dú)的線程很容易來(lái)管理多個(gè)通道征懈。

NIO和IO適用場(chǎng)景
如果需要管理同時(shí)打開(kāi)的成千上萬(wàn)個(gè)連接石咬，這些連接每次只是發(fā)送少量的數(shù)據(jù)，例如聊天服務(wù)器卖哎，這時(shí)候用NIO處理數(shù)據(jù)可能是個(gè)很好的選擇鬼悠。
而如果只有少量的連接，而這些連接每次要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)亏娜，這時(shí)候傳統(tǒng)的IO更合適焕窝。使用哪種處理數(shù)據(jù)，需要在數(shù)據(jù)的響應(yīng)等待時(shí)間和檢查緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的時(shí)間上作比較來(lái)權(quán)衡選擇维贺。

4. Linux中五種IO模型袜啃，阻塞，非阻塞幸缕，同步群发，異步

• Blocking IO - 阻塞IO
• NoneBlocking IO - 非阻塞IO
• IO multiplexing - IO多路復(fù)用
• signal driven IO - 信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO
• asynchronous IO - 異步IO

http://www.reibang.com/p/b8203d46895c
由于signal driven IO在實(shí)際使用中并不常用，所以這里只討論剩下的四種IO模型发乔。
在討論之前先說(shuō)明一下IO發(fā)生時(shí)涉及到的對(duì)象和步驟熟妓，對(duì)于一個(gè)network IO，它會(huì)涉及到兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)象：

• application 調(diào)用這個(gè)IO的進(jìn)程
• kernel 系統(tǒng)內(nèi)核

那他們經(jīng)歷的兩個(gè)交互過(guò)程是：

• 階段1 wait for data 等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
• 階段2 copy data from kernel to user 將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶進(jìn)程中

之所以會(huì)有同步栏尚、異步起愈、阻塞和非阻塞這幾種說(shuō)法就是根據(jù)程序在這兩個(gè)階段的處理方式不同而產(chǎn)生的。了解了這些背景之后译仗，我們就分別針對(duì)四種IO模型進(jìn)行講解抬虽。

1.Blocking IO - 阻塞IO
在linux中，默認(rèn)情況下所有的socket都是blocking纵菌，一個(gè)典型的讀操作流程大概如下圖：

blocking IO

2.NoneBlockingIO - 非阻塞IO
linux下才漆，可以通過(guò)設(shè)置socket使其變?yōu)閚on-blocking牛曹。當(dāng)對(duì)一個(gè)non-blocking socket執(zhí)行讀操作時(shí)，流程是這個(gè)樣子：

NonBlocking IO

所以漆诽，用戶進(jìn)程其實(shí)是需要不斷的主動(dòng)詢問(wèn)kernel數(shù)據(jù)好了沒(méi)有侮攀。

3.IO multiplexing - IO多路復(fù)用
I/O多路復(fù)用(multiplexing)是網(wǎng)絡(luò)編程中最常用的模型，像我們最常用的select厢拭、epoll都屬于這種模型兰英。以select為例：

multiplexing IO

在select模型中每個(gè)socket一般都設(shè)置成non-blocking，雖然等待數(shù)據(jù)階段仍然是阻塞狀態(tài)帖蔓，但是它是被select調(diào)用阻塞的矮瘟，而不是直接被I/O阻塞的。select底層通過(guò)輪詢機(jī)制來(lái)判斷每個(gè)socket讀寫(xiě)是否就緒塑娇。

當(dāng)然select也有一些缺點(diǎn)澈侠，比如底層輪詢機(jī)制會(huì)增加開(kāi)銷、支持的文件描述符數(shù)量過(guò)少等埋酬。為此哨啃，Linux引入了epoll作為select的改進(jìn)版本。

4.asynchronous IO - 異步IO
異步I/O在網(wǎng)絡(luò)編程中幾乎用不到写妥，在File I/O中可能會(huì)用到：

asynchronous IO

阻塞奥溺、非阻塞，同步和異步

阻塞和非阻塞：

• 阻塞調(diào)用會(huì)一直等待遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)就緒再返回症脂，即上面的 階段1 會(huì)阻塞調(diào)用者谚赎，直到讀取結(jié)束。
• 而非阻塞無(wú)論在什么情況下都會(huì)立即返回诱篷，雖然非阻塞大部分時(shí)間不會(huì)被block壶唤，但是它仍要求進(jìn)程不斷地去主動(dòng)詢問(wèn)kernel是否準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，也需要進(jìn)程主動(dòng)地再次調(diào)用recvfrom來(lái)將數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存棕所。

同步和異步：

• 同步方法會(huì)一直阻塞進(jìn)程闸盔，直到I/O操作結(jié)束，注意這里相當(dāng)于上面的階段1琳省，階段2都會(huì)阻塞調(diào)用者迎吵。其中 Blocking IO - 阻塞IO，Nonblocking IO - 非阻塞IO针贬，IO multiplexing - IO多路復(fù)用击费，signal driven IO - 信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO 這四種IO都可以歸類為同步IO。
• 而異步方法不會(huì)阻塞調(diào)用者進(jìn)程桦他，即使是從內(nèi)核空間的緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)拷貝到進(jìn)程中這一操作也不會(huì)阻塞進(jìn)程蔫巩，拷貝完畢后內(nèi)核會(huì)通知進(jìn)程數(shù)據(jù)拷貝結(jié)束。

一般的IO相關(guān)API都是同步。

怎樣理解阻塞非阻塞與同步異步的區(qū)別圆仔？怎樣理解阻塞非阻塞與同步異步的區(qū)別垃瞧？ - 陳碩的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/19732473/answer/26091478
在處理 IO 的時(shí)候，阻塞和非阻塞都是同步 IO坪郭。
只有使用了特殊的 API 才是異步 IO个从。

https://blog.csdn.net/chen8238065/article/details/48315085
同步與異步
同步和異步關(guān)注的是消息通信機(jī)制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
所謂同步，就是在發(fā)出一個(gè)調(diào)用時(shí)歪沃，在沒(méi)有得到結(jié)果之前嗦锐，該調(diào)用就不返回。但是一旦調(diào)用返回绸罗，就得到返回值了意推。
換句話說(shuō)，就是由調(diào)用者主動(dòng)等待這個(gè)調(diào)用的結(jié)果珊蟀。
而異步則是相反菊值，調(diào)用在發(fā)出之后大渤，這個(gè)調(diào)用就直接返回了祖屏，所以沒(méi)有返回結(jié)果。換句話說(shuō)造虏，當(dāng)一個(gè)異步過(guò)程調(diào)用發(fā)出后磅崭，調(diào)用者不會(huì)立刻得到結(jié)果儿子。而是在調(diào)用發(fā)出后，被調(diào)用者通過(guò)狀態(tài)砸喻、通知來(lái)通知調(diào)用者柔逼，或通過(guò)回調(diào)函數(shù)處理這個(gè)調(diào)用。
舉個(gè)通俗的例子：
你打電話問(wèn)書(shū)店老板有沒(méi)有《分布式系統(tǒng)》這本書(shū)割岛，如果是同步通信機(jī)制愉适，書(shū)店老板會(huì)說(shuō)，你稍等癣漆，”我查一下”维咸，然后開(kāi)始查啊查，等查好了（可能是5秒惠爽，也可能是一天）告訴你結(jié)果（返回結(jié)果）癌蓖。
而異步通信機(jī)制，書(shū)店老板直接告訴你我查一下啊婚肆，查好了打電話給你租副，然后直接掛電話了（不返回結(jié)果）。然后查好了较性，他會(huì)主動(dòng)打電話給你附井。在這里老板通過(guò)“回電”這種方式來(lái)回調(diào)讨越。
阻塞與非阻塞
阻塞和非阻塞關(guān)注的是程序在等待調(diào)用結(jié)果（消息两残，返回值）時(shí)的狀態(tài).
阻塞調(diào)用是指調(diào)用結(jié)果返回之前永毅，當(dāng)前線程會(huì)被掛起。調(diào)用線程只有在得到結(jié)果之后才會(huì)返回人弓。
非阻塞調(diào)用指在不能立刻得到結(jié)果之前沼死，該調(diào)用不會(huì)阻塞當(dāng)前線程。
還是上面的例子:
你打電話問(wèn)書(shū)店老板有沒(méi)有《分布式系統(tǒng)》這本書(shū)崔赌，你如果是阻塞式調(diào)用意蛀，你會(huì)一直把自己“掛起”，直到得到這本書(shū)有沒(méi)有的結(jié)果健芭，如果是非阻塞式調(diào)用县钥，你不管老板有沒(méi)有告訴你，你自己先一邊去玩了慈迈， 當(dāng)然你也要偶爾過(guò)幾分鐘check一下老板有沒(méi)有返回結(jié)果若贮。
在這里阻塞與非阻塞與是否同步異步無(wú)關(guān)。跟老板通過(guò)什么方式回答你結(jié)果無(wú)關(guān)痒留。

同步和異步的例子可參考AIDL的oneway 異步調(diào)用谴麦。

oneway

http://gityuan.com/2016/09/04/binder-start-service/
你(app進(jìn)程)要給遠(yuǎn)方的家人(system_server進(jìn)程)郵寄一封信(transaction), 你需要通過(guò)郵寄員(Binder Driver)來(lái)完成.整個(gè)過(guò)程如下:
1.你把信交給郵寄員(BC_TRANSACTION);
2.郵寄員收到信后, 填一張單子給你作為一份回執(zhí)(BR_TRANSACTION_COMPLETE). 這樣你才放心知道郵遞員已確定接收信, 否則就這樣走了,信到底有沒(méi)有交到郵遞員手里都不知道,這樣的通信實(shí)在太讓人不省心, 長(zhǎng)時(shí)間收不到遠(yuǎn)方家人的回信, 無(wú)法得知是在路的中途信件丟失呢,還是壓根就沒(méi)有交到郵遞員的手里. 所以說(shuō)oneway也得知道信是投遞狀態(tài)是否成功.
3.郵遞員利用交通工具(Binder Driver),將信交給了你的家人(BR_TRANSACTION);
當(dāng)你收到回執(zhí)(BR_TRANSACTION_COMPLETE)時(shí)心里也不期待家人回信, 那么這便是一次oneway的通信過(guò)程.

非oneway

http://gityuan.com/2016/09/04/binder-start-service/
如果你希望家人回信, 那便是非oneway的過(guò)程,在上述步驟2后并不是直接返回,而是繼續(xù)等待著收到家人的回信, 經(jīng)歷前3個(gè)步驟之后繼續(xù)執(zhí)行:
1.家人收到信后, 立馬寫(xiě)了個(gè)回信交給郵遞員BC_REPLY;
2.同樣,郵遞員要寫(xiě)一個(gè)回執(zhí)(BR_TRANSACTION_COMPLETE)給你家人;
3.郵遞員再次利用交通工具(Binder Driver), 將回信成功交到你的手上(BR_REPLY)
這便是一次完成的非oneway通信過(guò)程.

Binder 的執(zhí)行過(guò)程多數(shù)是是同步操作。換句話說(shuō)伸头，通過(guò)Binder去調(diào)用服務(wù)進(jìn)程提供的接口函數(shù)匾效，那么此函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)結(jié)果就已經(jīng)產(chǎn)生，不涉及回調(diào)機(jī)制恤磷。比如用戶使用getService 向ServiceManager 發(fā)起查詢請(qǐng)求一函數(shù)的返回值就是查詢的結(jié)果面哼，意味若用戶不需要提供額外的回調(diào)函數(shù)來(lái)接收結(jié)果。
Binder 是如何做到這一點(diǎn)的呢扫步？可以想到的方法有很多魔策， 其中常見(jiàn)的一種就是讓調(diào)用者進(jìn)程暫時(shí)掛起，直到目標(biāo)進(jìn)程返回結(jié)果后锌妻， Binder 再喚醒等待的進(jìn)程代乃。
因?yàn)橐粋€(gè)transcation 通常涉及兩個(gè)進(jìn)程A 和B , 當(dāng)A 向B 發(fā)送了請(qǐng)求后， B 需要一段時(shí)間來(lái)執(zhí)行：
此時(shí)對(duì)A 來(lái)說(shuō)就是一個(gè)"未完成的操作"一直到B 返回結(jié)果后仿粹， Binder 驅(qū)動(dòng)才會(huì)再次啟動(dòng)A 來(lái)繼續(xù)執(zhí)行搁吓。

像一些系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用應(yīng)用進(jìn)程的時(shí)候就會(huì)使用 oneway，比如 AMS 調(diào)用應(yīng)用進(jìn)程啟動(dòng) Activity吭历，這樣就算應(yīng)用進(jìn)程中做了耗時(shí)的任務(wù)堕仔，也不會(huì)阻塞系統(tǒng)服務(wù)的運(yùn)行。

出處：https://blog.csdn.net/Jason_Lee155/article/details/116637925
1.異步調(diào)用
舉個(gè)例子：假如Client端調(diào)用IPlayer.start()晌区，而且Server端的start需要執(zhí)行2秒摩骨，由于定義的接口是異步的通贞，Client端可以快速的執(zhí)行IPlayer.start()，不會(huì)被Server端block住2秒恼五。
2.同步調(diào)用
舉個(gè)例子：假如Client端調(diào)用IPlayer. getVolume()昌罩，而且Server端的getVolume需要執(zhí)行1秒，由于定義的接口是同步的灾馒，Client端在執(zhí)行IPlayer. getVolume()的時(shí)候茎用，會(huì)被Server端block住1秒。
3.為什么會(huì)有同步調(diào)用和異步調(diào)用睬罗？
其實(shí)一般使用異步調(diào)用的時(shí)候轨功，Client并不需要得到Server端執(zhí)行Binder服務(wù)的狀態(tài)或者返回值，這時(shí)候使用異步調(diào)用容达，可以有效的提高Client執(zhí)行的效率古涧。

阻塞和非阻塞：

https://www.zhihu.com/question/36529093/answer/67997184
阻塞是進(jìn)程休眠等待內(nèi)核；非阻塞是用戶進(jìn)程立即返回后再輪詢花盐，或者等待信號(hào)或回調(diào)羡滑。輪詢是同步非阻塞，信號(hào)或回調(diào)是異步非阻塞卒暂。

同步不一定阻塞啄栓。

來(lái)簡(jiǎn)單看看epoll

epoll 是 Linux 內(nèi)核的可擴(kuò)展 I/O 事件通知機(jī)制，其最大的特點(diǎn)就是性能優(yōu)異也祠。下圖是 libevent(一個(gè)知名的異步事件處理軟件庫(kù))對(duì) select昙楚，poll，epoll 诈嘿，kqueue 這幾個(gè) I/O 多路復(fù)用技術(shù)做的性能測(cè)試堪旧。

三種輪詢方式select、poll奖亚、epoll淳梦。
I/O多路復(fù)用的本質(zhì)是使用select,poll或者epoll函數(shù)，掛起進(jìn)程昔字，當(dāng)一個(gè)或者多個(gè)I/O事件發(fā)生之后爆袍，將控制返回給用戶進(jìn)程。以服務(wù)器編程為例作郭，傳統(tǒng)的多進(jìn)程(多線程)并發(fā)模型陨囊，在處理用戶連接時(shí)都是開(kāi)啟一個(gè)新的線程或者進(jìn)程去處理一個(gè)新的連接，而I/O多路復(fù)用則可以在一個(gè)進(jìn)程(線程)當(dāng)中同時(shí)監(jiān)聽(tīng)多個(gè)I/O事件夹攒，也就是多個(gè)文件描述符蜘醋。select、poll 和 epoll 都是 Linux API 提供的 IO 復(fù)用方式咏尝。

epoll屬于同步非阻塞IO模型压语。 (這是站在IO模型的角度去分類的啸罢，算非阻塞)

雖然I/O多路復(fù)用的函數(shù)也是阻塞的 ，但是I/O多路復(fù)用是阻塞在select胎食，epoll 這樣的系統(tǒng)調(diào)用之上扰才，而沒(méi)有阻塞在真正的I/O系統(tǒng)調(diào)用如recvfrom之上。

https://blog.csdn.net/Jailman/article/details/78498193

總結(jié)：

出處：https://www.zhihu.com/question/19732473/answer/241673170

阻塞/非阻塞斥季， 同步/異步的概念要注意討論的上下文训桶。

• 在進(jìn)程通信層面， 阻塞/非阻塞酣倾， 同步/異步基本是同義詞， 但是需要注意區(qū)分討論的對(duì)象是發(fā)送方還是接收方谤专。
• 發(fā)送方阻塞/非阻塞（同步/異步）和接收方的阻塞/非阻塞（同步/異步） 是互不影響的躁锡。
• 在 IO 系統(tǒng)調(diào)用層面（ IO system call ）層面， 非阻塞 IO 系統(tǒng)調(diào)用 和 異步 IO 系統(tǒng)調(diào)用存在著一定的差別置侍， 它們都不會(huì)阻塞進(jìn)程映之， 但是返回結(jié)果的方式和內(nèi)容有所差別， 但是都屬于非阻塞系統(tǒng)調(diào)用（ non-blocing system call ）

非阻塞系統(tǒng)調(diào)用（non-blocking I/O system call 與 asynchronous I/O system call） 的存在可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)線程級(jí)別的 I/O 并發(fā)蜡坊， 與通過(guò)多進(jìn)程實(shí)現(xiàn)的 I/O 并發(fā)相比可以減少內(nèi)存消耗以及進(jìn)程切換的開(kāi)銷杠输。

進(jìn)程阻塞為什么不占用cpu資源？

工作隊(duì)列
操作系統(tǒng)為了支持多任務(wù)秕衙，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程調(diào)度的功能蠢甲，會(huì)把進(jìn)程分為“運(yùn)行”和“等待”等幾種狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是進(jìn)程獲得cpu使用權(quán)据忘，正在執(zhí)行代碼的狀態(tài)鹦牛；等待狀態(tài)是阻塞狀態(tài)，比如上述程序運(yùn)行到recv時(shí)勇吊，程序會(huì)從運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)榈却隣顟B(tài)曼追，接收到數(shù)據(jù)后又變回運(yùn)行狀態(tài)。操作系統(tǒng)會(huì)分時(shí)執(zhí)行各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程汉规，由于速度很快礼殊，看上去就像是同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。
下圖中的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行著A针史、B晶伦、C三個(gè)進(jìn)程，其中進(jìn)程A執(zhí)行著上述基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)程序悟民，一開(kāi)始坝辫，這3個(gè)進(jìn)程都被操作系統(tǒng)的工作隊(duì)列所引用，處于運(yùn)行狀態(tài)射亏，會(huì)分時(shí)執(zhí)行近忙。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/63179839

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阻塞和喚醒進(jìn)程

假設(shè)計(jì)算機(jī)中正在運(yùn)行進(jìn)程A和進(jìn)程B，在某時(shí)刻進(jìn)程A運(yùn)行到了epoll_wait語(yǔ)句其做。如下圖所示顶考，內(nèi)核會(huì)將進(jìn)程A放入eventpoll的等待隊(duì)列中，阻塞進(jìn)程妖泄。
epoll_wait阻塞進(jìn)程如下圖：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/64746509

https://zhuanlan.zhihu.com/p/64746509

epoll 的整個(gè)工作流程

https://zhuanlan.zhihu.com/p/361750240

參考：
深入理解epoll背后的原理
徹底理解Android Binder通信架構(gòu)
圖解 | 深入揭秘 epoll 是如何實(shí)現(xiàn) IO 多路復(fù)用的却汉！
如果這篇文章說(shuō)不清e(cuò)poll的本質(zhì)，那就過(guò)來(lái)掐死我吧荷并！ （1）
如果這篇文章說(shuō)不清e(cuò)poll的本質(zhì)合砂，那就過(guò)來(lái)掐死我吧！ （3）

關(guān)于epoll的IO模型是同步異步的一次糾結(jié)過(guò)程
linux 下進(jìn)程間的同步機(jī)制有哪些
怎樣理解阻塞非阻塞與同步異步的區(qū)別源织？
關(guān)于同步翩伪，異步微猖，阻塞，非阻塞缘屹，IOCP/epoll,select/poll,AIO ,NIO ,BIO的總結(jié)
IO多路復(fù)用的本質(zhì)（select凛剥、poll、epoll）
Socket的三種輪詢方式select轻姿、poll犁珠、epoll之間的區(qū)別
阻塞&非阻塞和同步&非同步
一篇文章讀懂阻塞，非阻塞互亮，同步犁享，異步
IO多路復(fù)用的三種機(jī)制Select，Poll胳挎，Epoll

《韓順平_循序漸進(jìn)學(xué)Java零基礎(chǔ)》第19章IO流
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