什么是IO
我们常说的IO，指的是文件的输入和输出，但是在操作系统层面是如何定义IO的呢？到底什么样的过程可以叫做是一次IO呢？
拿一次磁盘文件读取为例，我们要读取的文件是存储在磁盘上的，我们的目的是把它读取到内存中。可以把这个步骤简化成把数据从硬件（硬盘）中读取到用户空间中。
Java中，主要有三种IO模型，分别是阻塞IO（BIO）、非阻塞IO（NIO）和 异步IO（AIO）。
Java中提供的IO有关的API，在文件处理的时候，其实依赖操作系统层面的IO操作实现的，对操作系统的各种IO模型的封装。
比如在Linux 2.6以后，Java中NIO和AIO都是通过epoll（多路复用器）来实现的，而在Windows上，AIO是通过IOCP来实现的。
Linux 五种I/O模型
同步I/O
阻塞I/O模型
阻塞 I/O 是最简单的 I/O 模型，一般表现为进程或线程等待某个条件，如果条件不满足，则一直等下去。条件满足，则进行下一步操作。
应用进程通过系统调用 recvfrom 接收数据，但由于内核还未准备好数据报，应用进程就会阻塞住，直到内核准备好数据报，recvfrom 完成数据报复制工作，应用进程才能结束阻塞状态。
缺点: 比较耗费时间，比较适合那种对鱼的需求量小的情况（并发低，时效性要求低）。
用户进程发出请求调用内核，内核发现没有数据，用户线程就一直阻塞，但是这个阻塞是不消耗cpu资源的，随后完成数据拷贝，进程结束。
非阻塞I/O模型
应用进程与内核交互，目的未达到之前，不再一味的等着，而是直接返回。然后通过轮询的方式，不停的去问内核数据准备有没有准备好。如果某一次轮询发现数据已经准备好了，那就把数据拷贝到用户空间中。
应用进程通过 recvfrom 调用不停的去和内核交互，直到内核准备好数据。如果没有准备好，内核会返回error，应用进程在得到error后，过一段时间再发送recvfrom请求。在两次发送请求的时间段，进程可以先做别的事情。
缺点: 还是得循环监看是否存在数据。
用户进程发起请求，内核发现没有数据立即返回结果，这时用户进程不再阻塞等待；不过用户进程会循环询问是否有数据，当内核返回存在数据时，这时用户进程还是得阻塞，等待数据拷贝。
信号驱动I/O模型
应用进程在读取文件时通知内核，如果某个 socket 的某个事件发生时，请向我发一个信号。在收到信号后，信号对应的处理函数会进行后续处理。
应用进程预先向内核注册一个信号处理函数，然后用户进程返回，并且不阻塞，当内核数据准备就绪时会发送一个信号给进程，用户进程便在信号处理函数中开始把数据拷贝的用户空间中。
信号驱动是用户进程调用时告诉内核，如果有数据就发信号给我，然后同步阻塞等待数据拷贝，但是这里有一个重点就是 等待信号是异步的 ，最终数据拷贝仍然是同步。
I/O复用模型
多个进程的IO可以注册到同一个管道上，这个管道会统一和内核进行交互。当管道中的某一个请求需要的数据准备好之后，进程再把对应的数据拷贝到用户空间中。
IO多路转接是多了一个select函数，多个进程的IO可以注册到同一个select上，当用户进程调用该select，select会监听所有注册好的IO，如果所有被监听的IO需要的数据都没有准备好时，select调用进程会阻塞。当任意一个IO所需的数据准备好之后，select调用就会返回，然后进程在通过recvfrom来进行数据拷贝。
这里的IO复用模型，并没有向内核注册信号处理函数，所以，他并不是非阻塞的。进程在发出select后，要等到select监听的所有IO操作中至少有一个需要的数据准备好，才会有返回，并且也需要再次发送请求去进行文件的拷贝。
用户进程下开启一个线程用来监听所注册的socket,如果所监听的多个socket，有几个发生数据流能立即监听到，然后数据同步拷贝，并且I/O复用有三种模式可选择：select、poll、epoll。
| 概述 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| 操作方式 | 遍历 | 遍历 | 回调 |
| 底层实现 | 数组 | 链表 | 哈希表 |
| IO效率 | 每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n) | 每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n) | 事件通知方式，每当fd就绪，系统注册的回调函数就会被调用，将就绪fd放到readyList里面，时间复杂度O(1) |
| 最大连接数 | 1024（x86）或2048（x64） | 无上限 | 无上限 |
异步I/O模型
异步I/O
应用进程把IO请求传给内核后，完全由内核去操作文件拷贝。内核完成相关操作后，会发信号告诉应用进程本次IO已经完成。
用户进程发起aio_read操作之后，给内核传递描述符、缓冲区指针、缓冲区大小等，告诉内核当整个操作完成时，如何通知进程，然后就立刻去做其他事情了。当内核收到aio_read后，会立刻返回，然后内核开始等待数据准备，数据准备好以后，直接把数据拷贝到用户控件，然后再通知进程本次IO已经完成。
下图是几种常见I/O模型的对比：
借鉴微信文章：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg3MjA4MTExMw==&mid=2247484746&idx=1&sn=c0a7f9129d780786cabfcac0a8aa6bb7&source=41#wechat_redirect
学习美团文章：https://www.zhihu.com/search?type=content&q=NIO
拓展知秋文章：https://juejin.im/post/5c2cc075f265da611037298e
