《Java網(wǎng)絡(luò)編程面試題》
出版單位：北京尚學(xué)堂優(yōu)效學(xué)院
優(yōu)效學(xué)院由清華大學(xué)著名的IT教育領(lǐng)導(dǎo)者馬士兵老師創(chuàng)辦，是一家線上線下相互融合的互聯(lián)網(wǎng)+培訓(xùn)機(jī)構(gòu)佩研。公司均由海外留學(xué)生和國內(nèi)行業(yè)精英人士擔(dān)任授課講師霞揉，主要成員均碩士且擁有十多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。畢業(yè)學(xué)生就職于國內(nèi)BAT以及海外著名公司绊序。優(yōu)效學(xué)院，名師執(zhí)教秽荞，高效學(xué)習(xí)骤公，成就未來。
著：張洋
11年工作經(jīng)驗(yàn) 曾就職聯(lián)眾游戲(程序員)扬跋、眾信旅游(Team Leader)阶捆、精智教育(聯(lián)合創(chuàng)始人)、中國石化(大數(shù)據(jù)高級顧問) 精通javaEE體系、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品架構(gòu)洒试，熟悉Sap Bw/HANA倍奢、多個(gè)大數(shù)據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)
20180926版
IO模型有幾種？分別是什么垒棋？
在《Unix網(wǎng)絡(luò)編程》一書中提到了五種IO模型
分別是：阻塞IO、非阻塞IO捕犬、多路復(fù)用IO跷坝、信號驅(qū)動IO以及異步IO。
下面就分別來介紹一下這5種IO模型的異同碉碉。
1.阻塞IO模型
最傳統(tǒng)的一種IO模型柴钻，即在讀寫數(shù)據(jù)過程中會發(fā)生阻塞現(xiàn)象。
當(dāng)用戶線程發(fā)出IO請求之后垢粮，內(nèi)核會去查看數(shù)據(jù)是否就緒贴届，如果沒有就緒就會等待數(shù)據(jù)就緒，而用戶線程就會處于阻塞狀態(tài)蜡吧，用戶線程交出CPU毫蚓。當(dāng)數(shù)據(jù)就緒之后，內(nèi)核會將數(shù)據(jù)拷貝到用戶線程昔善，并返回結(jié)果給用戶線程元潘，用戶線程才解除block狀態(tài)。
典型的阻塞IO模型的例子為：
data = socket.openinputstream();
如果數(shù)據(jù)沒有就緒君仆，就會一直阻塞在read方法翩概。
2.非阻塞IO模型
當(dāng)用戶線程發(fā)起一個(gè)read操作后，并不需要等待返咱，而是馬上就得到了一個(gè)結(jié)果钥庇。如果結(jié)果是一個(gè)error時(shí)，它就知道數(shù)據(jù)還沒有準(zhǔn)備好咖摹，于是它可以再次發(fā)送read操作评姨。一旦內(nèi)核中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，并且又再次收到了用戶線程的請求萤晴，那么它馬上就將數(shù)據(jù)拷貝到了用戶線程吐句，然后返回。
所以事實(shí)上店读，在非阻塞IO模型中蕴侧，用戶線程需要不斷地詢問內(nèi)核數(shù)據(jù)是否就緒，也就說非阻塞IO不會交出CPU两入，而會一直占用CPU净宵。
典型的非阻塞IO模型一般如下：
偽代碼
while(true){
new MyThread(socket)
}
class MyThread{
data = socket.read();
if(data!= error){
處理數(shù)據(jù)
break;
}
但是對于非阻塞IO就有一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，在while循環(huán)中需要不斷地去詢問內(nèi)核數(shù)據(jù)是否就緒，這樣會導(dǎo)致CPU占用率非常高择葡，因此一般情況下很少使用while循環(huán)這種方式來讀取數(shù)據(jù)紧武。
3.多路復(fù)用IO模型
多路復(fù)用IO模型是目前使用得比較多的模型。Java NIO實(shí)際上就是多路復(fù)用IO敏储。
在多路復(fù)用IO模型中阻星，會有一個(gè)線程不斷去輪詢多個(gè)socket的狀態(tài)，只有當(dāng)socket真正有讀寫事件時(shí)已添，才真正調(diào)用實(shí)際的IO讀寫操作妥箕。因?yàn)樵诙嗦窂?fù)用IO模型中，只需要使用一個(gè)線程就可以管理多個(gè)socket更舞，系統(tǒng)不需要建立新的進(jìn)程或者線程畦幢，也不必維護(hù)這些線程和進(jìn)程，并且只有在真正有socket讀寫事件進(jìn)行時(shí)缆蝉，才會使用IO資源宇葱，所以它大大減少了資源占用。
在Java NIO中刊头，是通過selector.select()去查詢每個(gè)通道是否有到達(dá)事件黍瞧，如果沒有事件，則一直阻塞在那里原杂，因此這種方式會導(dǎo)致用戶線程的阻塞印颤。
也許有朋友會說，我可以采用 多線程+ 阻塞IO 達(dá)到類似的效果穿肄，但是由于在多線程 + 阻塞IO 中年局，每個(gè)socket對應(yīng)一個(gè)線程，這樣會造成很大的資源占用被碗，并且尤其是對于長連接來說某宪，線程的資源一直不會釋放仿村，如果后面陸續(xù)有很多連接的話锐朴，就會造成性能上的瓶頸。
而多路復(fù)用IO模式蔼囊，通過一個(gè)線程就可以管理多個(gè)socket焚志，只有當(dāng)socket真正有讀寫事件發(fā)生才會占用資源來進(jìn)行實(shí)際的讀寫操作。因此畏鼓，多路復(fù)用IO比較適合連接數(shù)比較多的情況酱酬。
另外多路復(fù)用IO為何比非阻塞IO模型的效率高是因?yàn)樵诜亲枞鸌O中，不斷地詢問socket狀態(tài)時(shí)通過用戶線程去進(jìn)行的云矫，而在多路復(fù)用IO中膳沽，輪詢每個(gè)socket狀態(tài)是內(nèi)核在進(jìn)行的，這個(gè)效率要比用戶線程要高的多。
不過要注意的是挑社，多路復(fù)用IO模型是通過輪詢的方式來檢測是否有事件到達(dá)陨界，并且對到達(dá)的事件逐一進(jìn)行響應(yīng)。因此對于多路復(fù)用IO模型來說痛阻，一旦事件響應(yīng)體很大菌瘪，那么就會導(dǎo)致后續(xù)的事件遲遲得不到處理，并且會影響新的事件輪詢阱当。
4.信號驅(qū)動IO模型
在信號驅(qū)動IO模型中俏扩，當(dāng)用戶線程發(fā)起一個(gè)IO請求操作，會給對應(yīng)的socket注冊一個(gè)信號函數(shù)弊添，然后用戶線程會繼續(xù)執(zhí)行录淡，當(dāng)內(nèi)核數(shù)據(jù)就緒時(shí)會發(fā)送一個(gè)信號給用戶線程，用戶線程接收到信號之后表箭，便在信號函數(shù)中調(diào)用IO讀寫操作來進(jìn)行實(shí)際的IO請求操作赁咙。
5.異步IO模型
異步IO模型才是最理想的IO模型，在異步IO模型中免钻，當(dāng)用戶線程發(fā)起read操作之后彼水，立刻就可以開始去做其它的事。
而另一方面极舔，從內(nèi)核的角度凤覆，當(dāng)它受到一個(gè)asynchronous read之后，它會立刻返回拆魏，說明read請求已經(jīng)成功發(fā)起了盯桦，因此不會對用戶線程產(chǎn)生任何block。
然后渤刃，內(nèi)核會等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成拥峦，然后將數(shù)據(jù)拷貝到用戶線程，當(dāng)這一切都完成之后卖子，內(nèi)核會給用戶線程發(fā)送一個(gè)信號略号，告訴它read操作完成了。
也就說用戶線程完全不需要實(shí)際的整個(gè)IO操作是如何進(jìn)行的洋闽，只需要先發(fā)起一個(gè)請求玄柠，當(dāng)接收內(nèi)核返回的成功信號時(shí)表示IO操作已經(jīng)完成，可以直接去使用數(shù)據(jù)了诫舅。
也就說在異步IO模型中羽利，IO操作的兩個(gè)階段都不會阻塞用戶線程，這兩個(gè)階段都是由內(nèi)核自動完成刊懈，然后發(fā)送一個(gè)信號告知用戶線程操作已完成这弧。
用戶線程中不需要再次調(diào)用IO函數(shù)進(jìn)行具體的讀寫娃闲。
這點(diǎn)是和信號驅(qū)動模型有所不同的
在信號驅(qū)動模型中，當(dāng)用戶線程接收到信號表示數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒匾浪，然后需要用戶線程調(diào)用IO函數(shù)進(jìn)行實(shí)際的讀寫操作畜吊；而在異步IO模型中，收到信號表示IO操作已經(jīng)完成户矢，不需要再在用戶線程中調(diào)用iO函數(shù)進(jìn)行實(shí)際的讀寫操作玲献。
注意，異步IO是需要操作系統(tǒng)的底層支持梯浪，在Java 7中捌年，提供了Asynchronous IO。也就是java中的AIO NIO2.0
前面四種IO模型實(shí)際上都屬于同步IO挂洛，只有最后一種是真正的異步IO礼预，因?yàn)闊o論是多路復(fù)用IO還是信號驅(qū)動模型，IO操作的第2個(gè)階段都會引起用戶線程阻塞虏劲，也就是內(nèi)核進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝的過程都會讓用戶線程阻塞托酸。
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