概述

IO就是计算机系统与外部设备之间通信的过程，比如说把读写文件，一行一行遍历。
我们在程序发起IO操作，其实操作系统是需要从用户空间（程序）进入到内核空间（操作系统指令），这样才能访问文件。

操作系统内核完成IO操作还包括两个过程：

• 准备数据阶段：内核等待I/O设备准备好数据
• 拷贝数据阶段：将数据从内核缓冲区拷贝到用户进程缓冲区

分类

常见的IO有哪些

文件IO:

• 读取：需要将操作系统内核空间将数据准备好拷贝给应用程序的用户空间；
• 写入：需要将应用程序的用户空间将数据准备好拷贝给操作系统内核空间

网络IO:

• 接收网络请求：网络–》网卡–》内核空间–》用户空间
• 发送网络请求：用户空间–》内核空间–》网卡–》网络

IO流如何进行分类

• 按照流的方向：输入流（inputStream）和输出流（outputStream）；
• 按照实现功能分：节点流（可以从或向一个特定的地方读写数据，如 FileReader）和处理流（是对一个已存在的流的连接和封装，通过所封装的流的功能调用实现数据读写， BufferedReader）；
• 按照处理数据的单位： 字节流和字符流。分别由四个抽象类来表示（每种流包括输入和输出两种所以一共四个）:InputStream，OutputStream，Reader，Writer。Java中其他多种多样变化的流均是由它们派生出来的。
  

字节流如何转为字符流？

• 字节输入流转字符输入流通过 InputStreamReader 实现，该类的构造函数可以传入 InputStream 对象。
• 字节输出流转字符输出流通过 OutputStreamWriter 实现，该类的构造函数可以传入 OutputStream 对象。

字符流与字节流的区别？

• 读写的时候字节流是按字节读写，字符流按字符读写。
• 字节流适合所有类型文件的数据传输，因为计算机字节（Byte）是电脑中表示信息含义的最小单位。字符流只能够处理纯文本数据，其他类型数据不行，但是字符流处理文本要比字节流处理文本要方便。
• 在读写文件需要对内容按行处理，比如比较特定字符，处理某一行数据的时候一般会选择字符流。
• 只是读写文件，和文件内容无关时，一般选择字节流。

IO模型（4种）

1. 同步阻塞IO（Blocking IO）：即BIO，传统的IO模型。
2. 同步非阻塞IO（Non-blocking IO）， 即NIO，默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。注意这里所说的NIO并非Java的NIO（New IO）库。
3. 多路复用IO（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Java中的Selector和Linux中的epoll都是这种模型（Redis单线程为什么速度还那么快，就是因为用了多路复用IO和缓存操作的原因）
4. 异步IO（Asynchronous IO）：即经典的Proactor设计模式，也称为异步非阻塞IO。

BIO（同步阻塞）

服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销

NIO（同步非阻塞）

同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上；多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。

多路复用IO（异步阻塞）

服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理（复用同一个线程）

拓展

所谓的I/O复用，就是多个I/O可以复用一个进程。I/O多路复用允许进程同时检查多个fd，以找出其中可执行I/O操作的fd。 系统调用select()和poll()来执行I/O多路复用。

初级版本复用

比如一个进程接受了10000个连接，这个进程每次从头到尾的问一遍这10000个连接：“有I/O事件没？有的话就交给我处理，没有的话我一会再来问一遍。”然后进程就一直从头到尾问这10000个连接。
缺点：如果这10000个连接都没有I/O事件，就会造成CPU的空转，并且效率也很低，不好不好。

升级

select可以同时观察许多流的I/O事件，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有I/O事件时，就从阻塞态中醒来，于是我们的程序就会轮询一遍所有的流
缺点：因为从select那里仅仅知道了，有I/O事件发生了，但却并不知道是那几个流（可能有一个，多个，甚至全部），我们只能无差别轮询所有流，找出能读出数据，或者写入数据的流，对他们进行操作。

高级版

epoll可以理解为event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，当连接有I/O流事件产生的时候，epoll就会去告诉进程哪个连接有I/O流事件产生，然后进程就去处理这个事件。此时我们对这些流的操作都是有意义的。

AIO（异步非阻塞）

同步？异步？阻塞？非阻塞

同步和异步在于请求的方式和请求方的参与

• 同步：用户请求到结束，都要自己参与，比如用户进程触发IO操作并等待或者轮询去看IO操作是否就绪
• 异步：用户请求后，就去做其他事情，内核处理好数据再通知我就行了

阻塞与非阻塞，重点在于等消息时候的行为。

• 阻塞：一直等待，不做其他事情
• 非阻塞：过程中可以做其他事情