眾所周知
如果去百度健无、騰訊等一線大廠面試，一定會深入考候選人的基礎(chǔ)技術(shù)功底液斜，其中尤為關(guān)鍵和重視的就是IO相關(guān)的技術(shù)和知識累贤。
而要搞明白IO相關(guān)的概念，首先就得弄清楚同步與異步少漆，阻塞與非阻塞到底是什么意思臼膏。
同步與異步
想要搞明白IO模型，就先得搞明白“同步”與“異步”的關(guān)系示损。
所謂的“同步”讶请，比如說調(diào)用者去調(diào)用一個接口，這個接口比如要執(zhí)行一些磁盤文件讀寫操作，或者是網(wǎng)絡(luò)通信操作夺溢。
假設(shè)是“同步”的模式论巍，調(diào)用者必須要等待這個接口的磁盤讀寫或者網(wǎng)絡(luò)通信的操作執(zhí)行完畢了，調(diào)用者才能返回风响，這就是“同步”嘉汰，如下圖所示：
所謂的“異步”，就是說這個調(diào)用者調(diào)用接口之后状勤，直接就返回了鞋怀，他去干別的事兒了，也不管那個接口的磁盤讀寫或者是網(wǎng)絡(luò)通信是否成功持搜。
然后這個接口后續(xù)如果干完了自己的任務(wù)密似，比如寫完了文件或者是什么的，會反過來通知調(diào)用者葫盼，之前你的那個調(diào)用成功了残腌。可以通過一些內(nèi)部通信機(jī)制來通知贫导，也可以通過回調(diào)函數(shù)來通知抛猫，如下圖：
用生活中的例子理解同步與異步
如果給大家舉個生活中的例子，那么就可以用買煙這個事兒來舉個例子
比如說現(xiàn)在你要去一個柜臺買很多條香煙孩灯，但是現(xiàn)在柜臺沒那么多貨闺金，他需要打電話給庫房來查一下有沒有足夠的貨。
這個時候峰档，庫房的工作人員正好去吃飯了败匹，那現(xiàn)在你有兩種選擇：
第一種選擇，你可以在柜臺等著讥巡，一直等待庫房工作人員回來哎壳，柜臺專員打通電話給他查到了庫存是否充足，你再走尚卫。
這個就是“同步”归榕，你找柜臺工作人員買香煙，他要打電話給庫房工作人員問庫存吱涉，如果你選擇“同步”模式刹泄，那么你就在柜臺一直等著，直到成功查詢到庫存為止怎爵。
第二種選擇特石，你可以先回家干點(diǎn)兒別的，比如說洗衣服做飯之類的鳖链，然后過了一會兒姆蘸，柜臺工作人員打通電話給庫房工作人員墩莫，查到香煙庫存了，就會打個電話給你逞敷，告訴你這個事兒狂秦。
這就是“異步”，你跟柜臺工作人員說了這個事兒推捐，就直接走了裂问，干別的去了，柜臺工作人員后面完成他的任務(wù)之后牛柒，就會反過來打電話回調(diào)通知你堪簿。
阻塞與非阻塞
實(shí)際上阻塞與非阻塞的概念，通常是針對底層的IO操作來說的皮壁。
比如現(xiàn)在我們的程序想要通過網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)椭更，如果是阻塞IO模式，一旦發(fā)起請求到操作系統(tǒng)內(nèi)核去從網(wǎng)絡(luò)中讀取數(shù)據(jù)蛾魄，就會阻塞在那里虑瀑，必須要等待網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)到達(dá)了之后，才能從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)核畏腕，再從內(nèi)核返回給程序，如下圖：
而非阻塞茉稠，指的就是程序發(fā)送請求給內(nèi)核要從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)描馅，但是此時網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)還沒到，此時不會阻塞住而线，內(nèi)核會返回一個異常消息給程序铭污。
程序就可以干點(diǎn)兒別的，然后過一會兒再來發(fā)起一次請求給內(nèi)核膀篮，讓內(nèi)核嘗試從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)嘹狞。
因?yàn)槿绻W(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)還沒到位，是不會阻塞住程序的誓竿，需要程序自己不斷的輪詢內(nèi)核去嘗試讀取數(shù)據(jù)磅网，所以這種IO就是非阻塞的。如下圖：
大家不要把“同步/異步”概念和“阻塞/非阻塞”概念混淆起來筷屡，實(shí)際上他們是兩組不同的概念涧偷。
“同步/異步”更多的是針對比如接口調(diào)用，服務(wù)調(diào)用毙死，API類庫調(diào)用燎潮，類似這樣的場景。
而“阻塞/非阻塞”概念針對的是底層IO操作的場景扼倘，比如磁盤IO确封，網(wǎng)絡(luò)IO。但是在Java IO模型里，兩種概念之間是有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系的 爪喘。
Unix支持的5種IO模型
Unix操作系統(tǒng)支持的IO模型主要就是5種：
- 阻塞IO：就是上面圖里的那種阻塞IO模式颜曾，程序發(fā)起請求之后會阻塞，一直到系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中有數(shù)據(jù)到達(dá)了腥放，拷貝數(shù)據(jù)給程序進(jìn)程了泛啸，才能返回
- 非阻塞IO：就是上面圖里的那種非阻塞IO模式，程序發(fā)起請求讀取數(shù)據(jù)秃症，系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)還沒到候址，就返回一個異常信息，程序不會阻塞在IO操作上种柑，但是過一會兒還得再來發(fā)起請求給內(nèi)核岗仑，直到內(nèi)核發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達(dá)了，此時就會拷貝數(shù)據(jù)給程序進(jìn)程
- IO多路復(fù)用：這個下面來講
- 信號驅(qū)動式IO：一般很少用到聚请，這里不說明
- 異步IO：下面來講
JDK 1.4之前的同步阻塞IO
在JDK 1.4之前荠雕，主要就是同步阻塞IO模型，在Java里叫做BIO驶赏。
在Java代碼里調(diào)用IO相關(guān)接口炸卑，發(fā)起IO操作之后，Java程序就會同步等待煤傍，這個同步指的是Java程序調(diào)用IO API接口的層面而言盖文。
而IO API在底層的IO操作是基于阻塞IO來的，向操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)起IO請求蚯姆，系統(tǒng)內(nèi)核會等待數(shù)據(jù)就位之后五续，才會執(zhí)行IO操作，執(zhí)行完畢了才會返回龄恋。
JDK 1.4之后的同步非阻塞NIO
在JDK 1.4之后提供了NIO疙驾，他的概念是同步非阻塞，也就是說如果你調(diào)用NIO接口去執(zhí)行IO操作郭毕，其實(shí)還是同步等待的它碎，但是在底層的IO操作上 ，會對系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)起非阻塞IO請求显押，以非阻塞的形式來執(zhí)行IO链韭。
也就是說，如果底層數(shù)據(jù)沒到位煮落，那么內(nèi)核返回異常信息敞峭，不會阻塞住，但是NIO接口內(nèi)部會采用非阻塞方式過一會兒再次調(diào)用內(nèi)核發(fā)起IO請求蝉仇，直到成功為止旋讹。
但是之所以說是同步非阻塞殖蚕，這里的“同步”指的就是因?yàn)樵谀愕腏ava代碼調(diào)用NIO接口層面是同步的，你還是要同步等待底層IO操作真正完成了才可以返回沉迹，只不過在執(zhí)行底層IO的時候采用了非阻塞的方式來執(zhí)行罷了睦疫。
NIO網(wǎng)絡(luò)通信與IO多路復(fù)用模型
實(shí)際上，如果基于NIO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信鞭呕，采取的就是多路復(fù)用的IO模型蛤育，這個多路復(fù)用IO模型針對的是網(wǎng)絡(luò)通信中的IO場景來說的。
簡單來說葫松，就是在基于Socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的時候瓦糕，如果有多個客戶端跟你的服務(wù)端建立了Socket連接，那你就需要維護(hù)多個Socket連接腋么。
而所謂的多路復(fù)用IO模型咕娄，就是說你的Java代碼直接通過一個select函數(shù)調(diào)用，直接會進(jìn)入一個同步等待的狀態(tài)珊擂。
這也是為什么說NIO一定是“同步”的圣勒，因?yàn)槟惚仨氃谶@里同步等待某個Socket連接有請求到來。
接著你就要同步等著select函數(shù)去對底層的多個 Socket 連接進(jìn)行輪詢摧扇，不斷的查看各個 Socket 連接誰有請求到達(dá)圣贸，就可以讓select函數(shù)返回，交給我們的Java程序來處理扛稽。
select函數(shù)在底層會通過非阻塞的方式輪詢各個Socket吁峻，任何一個Socket如果沒有數(shù)據(jù)到達(dá)，那么非阻塞的特性會立即返回一個信息庇绽。
然后select函數(shù)可以輪詢下一個Socket锡搜，不會阻塞在某個Socket上橙困，所以底層是基于這種非阻塞的模式來“監(jiān)視”各個Socket誰有數(shù)據(jù)到達(dá)的瞧掺。
這就是所謂的“同步非阻塞”，但是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)把上述工作都封裝在一個select函數(shù)調(diào)用里了凡傅，可以對多路Socket連接同時進(jìn)行監(jiān)視辟狈，所以就把這種模型稱之為“IO多路復(fù)用”模型。
通過這種IO多路復(fù)用的模型夏跷，就可以用一個線程哼转，調(diào)用一個select函數(shù)，然后監(jiān)視大量的客戶端連接了槽华，如下圖：
AIO以及異步IO模型
最后就是JDK 1.7之后壹蔓，又支持了AIO，也叫做NIO 2.0猫态，他就支持異步IO模型了佣蓉。
我們先說一下異步IO模型是什么意思披摄。
簡單來說，就是你的Java程序可以基于AIO API發(fā)起一個請求勇凭，比如說接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)疚膊，AIO API底層會基于異步IO模型來調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核。
此時不需要去管這個IO是否成功了虾标，AIO接口會直接返回寓盗，你的Java程序也會直接返回。
然后璧函，你的Java程序就可以去干別的事兒了傀蚌。大家聯(lián)想一下上面說的那個異步的例子，就可以理解這里為什么叫做異步了柳譬。
因?yàn)锽IO喳张、NIO都是同步的，你發(fā)起IO請求美澳，都必須同步等待IO操作完成销部。
但是這里你發(fā)起一個IO請求，直接AIO接口就返回了制跟，你就可以干別的事兒了舅桩，純異步的方式。
不過你需要提供一個回調(diào)函數(shù)給AIO接口雨膨，一旦底層系統(tǒng)內(nèi)核完成了具體的IO請求擂涛，比如網(wǎng)絡(luò)讀寫之類的，就會回調(diào)你提供的回調(diào)函數(shù)聊记。
比如說你要是通過網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)撒妈，那么此時AIO接口就會把操作系統(tǒng)異步讀取到的數(shù)據(jù)交給你的回調(diào)函數(shù)。
整個過程如下圖：
