Linux的內(nèi)核將所有外部設(shè)備都看做一個(gè)文件來操作疗涉，對一個(gè)文件的讀寫操作會調(diào)用內(nèi)核提供的系統(tǒng)命令，返回一個(gè)file descriptor（fd吟秩，文件描述符 ）咱扣。而對一個(gè)socket的讀寫也會有相應(yīng)的描述符，稱為socketfd（socket描述符）峰尝，描述符就是一個(gè)數(shù)字偏窝，它指向內(nèi)核中的一個(gè)結(jié)構(gòu)體（文件路徑，數(shù)據(jù)區(qū)等一些屬性）武学。
根據(jù)UNIX網(wǎng)絡(luò)編程對I/O模型的分類祭往，UNIX提供了5種I/O模型，分別如下：
1火窒、阻塞I/O模型
最常用的I/O模型就是阻塞I/O模型硼补，缺省情形下，所有文件操作都是阻塞的熏矿。我們以套接字接口為例來講解此模型已骇。在進(jìn)程空間中調(diào)用recvfrom拣展，其系統(tǒng)調(diào)用直到數(shù)據(jù)包到達(dá)且被復(fù)制到應(yīng)用進(jìn)程的緩沖區(qū)中或者發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)才返回娃圆，在此期間一直會等待，進(jìn)程在從調(diào)用recvfrom開始到它返回的整段時(shí)間內(nèi)都是被阻塞的瓣赂，因此被稱為阻塞I/O模型慧域。如下圖所示：
2鲤竹、非阻塞I/O模型
rcvfrom從應(yīng)用層到內(nèi)核的時(shí)候，如果該緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)的話昔榴，就直接返回一個(gè)EWOULDBLOCK錯(cuò)誤辛藻，一般都對非阻塞I/O模型進(jìn)行輪詢檢查這個(gè)狀態(tài)，看內(nèi)核是不是有數(shù)據(jù)到來互订。如下圖所示：
3吱肌、I/O復(fù)用模型
Linux提供select/poll（I/O復(fù)用模型會用到select或者poll函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)也會使進(jìn)程阻塞仰禽，但是和阻塞I/O所不同的是氮墨，這兩個(gè)函數(shù)可以同時(shí)阻塞多個(gè)I/O操作纺蛆。而且可以同時(shí)對多個(gè)讀操作，多個(gè)寫操作的I/O函數(shù)進(jìn)行檢測勇边，直到有數(shù)據(jù)可讀或可寫時(shí)犹撒，才真正調(diào)用I/O操作函數(shù)），進(jìn)程通過將一個(gè)或多個(gè)fd傳遞給select或poll系統(tǒng)調(diào)用粒褒，阻塞在select操作上，這樣select/poll可以幫我們偵測多fd是否處于就緒狀態(tài)诚镰。select/poll是順序掃描fd是否就緒奕坟，而且支持的fd數(shù)量有限，因此它的使用受到了一些制約清笨。Linux還提供了一個(gè)epoll系統(tǒng)調(diào)用月杉，epoll使用基于事件驅(qū)動方式代替順序掃描，因此性能更高抠艾。當(dāng)有fd就緒時(shí)苛萎，立即回調(diào)函數(shù)rollback。如下圖所示：
4检号、信號驅(qū)動I/O模型
首先開啟套接口信號驅(qū)動I/O功能腌歉，并通過系統(tǒng)調(diào)用sigaction執(zhí)行一個(gè)信號處理函數(shù)（此系統(tǒng)調(diào)用立即返回，進(jìn)程繼續(xù)工作齐苛，它是非阻塞的）翘盖。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒時(shí)，就為該進(jìn)程生成一個(gè)SIGIO信號凹蜂，通過信號回調(diào)通知應(yīng)用程序調(diào)用recvfrom來讀取數(shù)據(jù)馍驯，并通知主循環(huán)函數(shù)處理數(shù)據(jù)。如下圖所示：
5玛痊、異步I/O
告知內(nèi)核啟動某個(gè)操作汰瘫，并讓內(nèi)核在整個(gè)操作完成后（包括將數(shù)據(jù)從內(nèi)核復(fù)制到用戶自己的緩沖區(qū)）通知我們。這種模型與信號驅(qū)動模型的主要區(qū)別是：信號驅(qū)動I/O由內(nèi)核通知我們何時(shí)可以開始一個(gè)I/O操作擂煞；異步I/O模型由內(nèi)核通知我們I/O操作何時(shí)已經(jīng)完成混弥。
如果想要了解更多的UNIX系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編程知識，可以閱讀《UNIX網(wǎng)絡(luò)編程》颈娜，里面有非常詳細(xì)的原理和API介紹剑逃。對于大多數(shù)Java程序員來說，不需要了解網(wǎng)絡(luò)編程的底層細(xì)節(jié)官辽，大家只需要有個(gè)概念蛹磺，知道對于操作系統(tǒng)而言，底層是支持異步I/O通信的同仆，只不過在很長一段時(shí)間Java并沒有提供異步I/O通信的類庫萤捆，導(dǎo)致很多原生的Java程序員對這塊兒比較陌生。當(dāng)你了解了網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)知識后，理解Java的NIO類庫就會更加容易一些俗或。
參考資料
Netty權(quán)威指南 第二版
