IO读写原理

应用程序通过调用操作系统的IO功能来实现IO读写，当读操作的时候，把数据从内核缓冲区复制到进程的缓存区。而写操作，则是把数据从进程缓存区复制到内核缓存区。也就是说应用程序的IO操作，实际上是缓存的复制。

以一次socket请求和响应为例，流程如下：
1、客户端发起请求，操作系统通过网卡读取请求数据。
2、将数据读取到内核缓冲区。
3、服务端程序通过操作系统的read调用，将请求数据从内核缓存区复制到进程缓存区。
4、服务端处理请求，生成响应数据。
5、服务端程序通过操作系统的write调用，将响应数据从进程缓存区写入内核缓存区。
6、操作系统将内核缓存区的数据写入网卡，发送到客户端。

IO模型

定义

阻塞：

阻塞指的是用户空间程序的状态，阻塞就是一直等待。非阻塞就是拿到内核返回的状态值就返回自己空间。
阻塞IO：指的是需要内核IO操作彻底完成后，才返回到用户空间执行用户的操作。

同步：

同步指的是用户空间和内核空间的IO发起方式。
同步IO：指的是用户空间的线程是主动发起IO请求的一方，内核空间是被动接受方。
异步IO：指的是系统内核是主动发起IO请求的一方，用户控件的线程是被动接受方。

同步阻塞IO（Blocking IO）

在java应用程序中，默认创建的所有socket连接的IO操作都是同步阻塞IO。应用程序从开始IO调用开始，就处于阻塞状态，直到系统调用返回。因此，会为每个连接配置一个独立的线程。不适用于高并发场景。

同步非阻塞NIO（Non-blocking IO）：

应用程序需要不断的进行IO系统调用，轮询数据是否已经准备好。
指的是用户程序不需要等待内核IO操作彻底完成，可以立即返回程序控件执行用户的操作，与此同时，内核会立即返回给用户一个状态值。因而，在内核数据没有准备好的阶段，会不断的发起IO系统调用。
在NIO模型中，应用程序开始IO调用，如果内核缓冲区没有数据，调用立即返回。如果有数据，即变成阻塞，知道数据从内核缓冲区复制到用户进程缓冲区，系统调用返回成功。

IO多路复用模型（IO Multiplexing）

IO多路复用模型中，引入了一个新的系统调用， 就绪查询，查询IO的就绪状态。它的流程如下：
1、选择器注册。首先将目标连接，提前注册到Selector选择器中。
2、通过选择器的查询方法，查询注册过的所有连接的就绪状态。当任意一个连接数据就绪，即内核缓冲区有数据，就将其加入到就绪的列表中。
IO多路复用模型的优点是，一个选择器查询线程可以同时处理成千上万个连接。Java的NIO技术，就是使用IO多路复用模型。

异步IO模型（Asynchronous IO)

AIO的基本流程是：用户线程通过系统调用，向内核注册某个IO操作，内核在整个IO操作完成后，通知用户程序，用户执行后续的业务操作。
它的特点是在内核等待数据和复制数据的两个阶段，用户线程都是不阻塞的。用户线程需要接受内核的IO操作完成的事件或者注册一个IO操作完成的回调函数。缺点是需要底层内核的支持。

现状

目前，高并发网络应用程序开发，大多采用IO多路复用模型。