高性能IO

参考书籍: 《UNIX网络编程第六章》
参考文章: 高性能IO模型,BIO&NIO&AIO

1. IO模型：

1.1 常见IO模型

常见IO模型有以下几类：

• 同步阻塞IO（Blocking IO）: BIO
• 同步非阻塞IO（Non-blocking IO）: NIO
• IO多路复用（IO Multiplexing）: 例如Reactor模式，通过把多个IO的阻塞复用到同一个select的阻塞上，从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。
• 信号驱动IO（SIGIO）
  上述四种都是同步IO模型，只有POSIX定义的异步IO模型才是真正的异步IO，但是需要操作系统的支持才能实现。
• 异步IO（Asynchronous IO）: AIO, 例如Proactor模式

  1.2 IO操作

  一个输入操作包含两个阶段:
• 等待数据准备好
• 从内核向用户进程复制数据
  典型的如一个套接字上的输入操作，第一步等待数据从网络中到达，然后分组到达时，被复制到内核中的某个缓冲区。第二步就是把数据从内核缓冲区复制的应用进程缓冲区。

  1.3 IO多路复用技术

  目前支持IO多路复用的系统调用有select, pselect, poll, epoll。现在使用epoll代替select,epoll有以下改进:

1. 支持一个进程打开的socket描述符(FD)不受限制，select默认打开的文件描述符为1024个:
   查看系统最大FD数目： s/fs/file-max
2. IO效率不会随着FD数目增加而线性下降：不同于select, epoll只会扫描活跃的，而不是扫描全部FD
3. 使用mmap加速内核与用户空间的消息传递：epoll是通过内核和用户进程mmap同一块内存
4. epoll的API更加简单

   1.4 Java的IO演进

   BIO : Blocking IO

   JDK1.4之前只支持BIO

   NIO : Non-Blocking IO

   2002年, JDK1.4开始支持NIO

• 进行异步操作的buffer和pipe
• 进行同步或者异步操作的channel
• 实现非阻塞IO操作的多路复用器selector
• 多种字符集的编码和解码能力
• 文件通道FileChannel

  AIO : Asynchronous IO

  2011年, JDK1.7升级为NIO2.0
• 提供了AIO

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2. BIO–>NIO–>AIO

2.1 同步阻塞

2.2 伪异步

2.3 NIO

2.4 AIO