眾所周知

如果去百度帅戒、騰訊等一線大廠面試商模，一定會(huì)深入考候選人的基礎(chǔ)技術(shù)功底，其中尤為關(guān)鍵和重視的就是IO相關(guān)的技術(shù)和知識(shí)蜘澜。

而要搞明白IO相關(guān)的概念，首先就得弄清楚同步與異步响疚，阻塞與非阻塞到底是什么意思鄙信。

同步與異步

實(shí)際上阻塞與非阻塞的概念，通常是針對(duì)底層的IO操作來說的忿晕。

比如現(xiàn)在我們的程序想要通過網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)装诡，如果是阻塞IO模式，一旦發(fā)起請(qǐng)求到操作系統(tǒng)內(nèi)核去從網(wǎng)絡(luò)中讀取數(shù)據(jù)践盼，就會(huì)阻塞在那里鸦采，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)核咕幻，再從內(nèi)核返回給程序渔伯，如下圖。

程序就可以干點(diǎn)兒別的，然后過一會(huì)兒再來發(fā)起一次請(qǐng)求給內(nèi)核拓提，讓內(nèi)核嘗試從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)读恃。

因?yàn)槿绻W(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)還沒到位，是不會(huì)阻塞住程序的，需要程序自己不斷的輪詢內(nèi)核去嘗試讀取數(shù)據(jù)寺惫，所以這種IO就是非阻塞的疹吃。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，實(shí)際上他們是兩組不同的概念肌蜻。

“同步/異步”更多的是針對(duì)比如接口調(diào)用互墓，服務(wù)調(diào)用，API類庫調(diào)用蒋搜，類似這樣的場景篡撵。

而“阻塞/非阻塞”概念針對(duì)的是底層IO操作的場景，比如磁盤IO豆挽，網(wǎng)絡(luò)IO育谬。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 帮哈。

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：

1. 阻塞IO：就是上面圖里的那種阻塞IO模式膛檀，程序發(fā)起請(qǐng)求之后會(huì)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)了娘侍，拷貝數(shù)據(jù)給程序進(jìn)程了咖刃，才能返回
2. 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(qǐng)求讀取數(shù)據(jù)憾筏，系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)還沒到嚎杨，就返回一個(gè)異常信息，程序不會(huì)阻塞在IO操作上氧腰，但是過一會(huì)兒還得再來發(fā)起請(qǐng)求給內(nèi)核枫浙，直到內(nèi)核發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達(dá)了，此時(shí)就會(huì)拷貝數(shù)據(jù)給程序進(jìn)程
3. IO多路復(fù)用：這個(gè)下面來講
4. 信號(hào)驅(qū)動(dòng)式IO：一般很少用到古拴，這里不說明
5. 異步IO：下面來講

JDK 1.4之前的同步阻塞IO

在JDK 1.4之前箩帚，主要就是同步阻塞IO模型，在Java里叫做BIO黄痪。

在Java代碼里調(diào)用IO相關(guān)接口单起，發(fā)起IO操作之后导披，Java程序就會(huì)同步等待，這個(gè)同步指的是Java程序調(diào)用IO API接口的層面而言。

而IO API在底層的IO操作是基于阻塞IO來的痹筛，向操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)起IO請(qǐng)求壶辜，系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)等待數(shù)據(jù)就位之后泞坦，才會(huì)執(zhí)行IO操作肮蛹，執(zhí)行完畢了才會(huì)返回。

JDK 1.4之后的同步非阻塞NIO

在JDK 1.4之后提供了NIO潦嘶，他的概念是同步非阻塞涩嚣，也就是說如果你調(diào)用NIO接口去執(zhí)行IO操作崇众，其實(shí)還是同步等待的，但是在底層的IO操作上 航厚，會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)起非阻塞IO請(qǐng)求顷歌，以非阻塞的形式來執(zhí)行IO。

也就是說幔睬，如果底層數(shù)據(jù)沒到位眯漩，那么內(nèi)核返回異常信息，不會(huì)阻塞住麻顶，但是NIO接口內(nèi)部會(huì)采用非阻塞方式過一會(huì)兒再次調(diào)用內(nèi)核發(fā)起IO請(qǐng)求赦抖，直到成功為止。

但是之所以說是同步非阻塞辅肾，這里的“同步”指的就是因?yàn)樵谀愕腏ava代碼調(diào)用NIO接口層面是同步的队萤，你還是要同步等待底層IO操作真正完成了才可以返回，只不過在執(zhí)行底層IO的時(shí)候采用了非阻塞的方式來執(zhí)行罷了矫钓。

NIO網(wǎng)絡(luò)通信與IO多路復(fù)用模型

實(shí)際上要尔，如果基于NIO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，采取的就是多路復(fù)用的IO模型新娜，這個(gè)多路復(fù)用IO模型針對(duì)的是網(wǎng)絡(luò)通信中的IO場景來說的赵辕。

簡單來說，就是在基于Socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的時(shí)候概龄，如果有多個(gè)客戶端跟你的服務(wù)端建立了Socket連接还惠，那你就需要維護(hù)多個(gè)Socket連接。

而所謂的多路復(fù)用IO模型旁钧，就是說你的Java代碼直接通過一個(gè)select函數(shù)調(diào)用，直接會(huì)進(jìn)入一個(gè)同步等待的狀態(tài)互拾。

這也是為什么說NIO一定是“同步”的歪今，因?yàn)槟惚仨氃谶@里同步等待某個(gè)Socket連接有請(qǐng)求到來。

接著你就要同步等著select函數(shù)去對(duì)底層的多個(gè) Socket 連接進(jìn)行輪詢颜矿，不斷的查看各個(gè) Socket 連接誰有請(qǐng)求到達(dá)寄猩，就可以讓select函數(shù)返回，交給我們的Java程序來處理骑疆。

select函數(shù)在底層會(huì)通過非阻塞的方式輪詢各個(gè)Socket田篇，任何一個(gè)Socket如果沒有數(shù)據(jù)到達(dá)，那么非阻塞的特性會(huì)立即返回一個(gè)信息箍铭。

然后select函數(shù)可以輪詢下一個(gè)Socket泊柬，不會(huì)阻塞在某個(gè)Socket上，所以底層是基于這種非阻塞的模式來“監(jiān)視”各個(gè)Socket誰有數(shù)據(jù)到達(dá)的诈火。

這就是所謂的“同步非阻塞”兽赁，但是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)把上述工作都封裝在一個(gè)select函數(shù)調(diào)用里了，可以對(duì)多路Socket連接同時(shí)進(jìn)行監(jiān)視，所以就把這種模型稱之為“IO多路復(fù)用”模型刀崖。

通過這種IO多路復(fù)用的模型惊科，就可以用一個(gè)線程，調(diào)用一個(gè)select函數(shù)亮钦，然后監(jiān)視大量的客戶端連接了馆截，如下圖。

AIO以及異步IO模型

最后就是JDK 1.7之后蜂莉，又支持了AIO蜡娶，也叫做NIO 2.0，他就支持異步IO模型了巡语。

我們先說一下異步IO模型是什么意思翎蹈。

簡單來說，就是你的Java程序可以基于AIO API發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求男公，比如說接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)荤堪，AIO API底層會(huì)基于異步IO模型來調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核。

此時(shí)不需要去管這個(gè)IO是否成功了枢赔，AIO接口會(huì)直接返回澄阳，你的Java程序也會(huì)直接返回。

然后踏拜，你的Java程序就可以去干別的事兒了碎赢。大家聯(lián)想一下上面說的那個(gè)異步的例子，就可以理解這里為什么叫做異步了速梗。

因?yàn)锽IO肮塞、NIO都是同步的，你發(fā)起IO請(qǐng)求姻锁，都必須同步等待IO操作完成枕赵。

但是這里你發(fā)起一個(gè)IO請(qǐng)求，直接AIO接口就返回了位隶，你就可以干別的事兒了拷窜，純異步的方式。

不過你需要提供一個(gè)回調(diào)函數(shù)給AIO接口涧黄，一旦底層系統(tǒng)內(nèi)核完成了具體的IO請(qǐng)求篮昧，比如網(wǎng)絡(luò)讀寫之類的，就會(huì)回調(diào)你提供的回調(diào)函數(shù)笋妥。

比如說你要是通過網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)懊昨，那么此時(shí)AIO接口就會(huì)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(gè)過程如下圖：