Java I/O的演进之路
Linux网络I/O模型
根据UNIX网络编程对I/O模型的分类，UNIX提供了5种I/O模型。
阻塞I/O模型
非阻塞I/O模型
I/O复用模型
信号驱动I/O模型
异步I/O模型
Java NIO中的核心类库多路复用器Selector是基于epoll的多路复用技术实现。
Linux中，epoll是事件驱动，而select/poll则是顺序扫描，且支持的fd（文件描述符）有限。
epoll是Linux下的一种IO多路复用技术，可以非常高效的处理数以百万计的socket句柄。
先看看使用c封装的3个epoll系统调用：
int epoll_create(int size)
epoll_create建立一个epoll对象。参数size是内核保证能够正确处理的最大句柄数，多于这个最大数时内核可不保证效果。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
epoll_ctl可以操作epoll_create创建的epoll，如将socket句柄加入到epoll中让其监控，或把epoll正在监控的某个socket句柄移出epoll。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout)
epoll_wait在调用时，在给定的timeout时间内，所监控的句柄中有事件发生时，就返回用户态的进程。
epoll初始化时，会向内核注册一个文件系统，用于存储被监控的句柄文件，调用epoll_create时，会在这个文件系统中创建一个file节点。同时epoll会开辟自己的内核高速缓存区，以红黑树的结构保存句柄，以支持快速的查找、插入、删除。还会再建立一个list链表，用于存储准备就绪的事件。
当执行epoll_ctl时，除了把socket句柄放到epoll文件系统里file对象对应的红黑树上之外，还会给内核中断处理程序注册一个回调函数，告诉内核，如果这个句柄的中断到了，就把它放到准备就绪list链表里。所以，当一个socket上有数据到了，内核在把网卡上的数据copy到内核中后，就把socket插入到就绪链表里。
当epoll_wait调用时，仅仅观察就绪链表里有没有数据，如果有数据就返回，否则就sleep，超时时立刻返回。
epoll的两种工作模式：
LT：level-trigger，水平触发模式，只要某个socket处于readable/writable状态，无论什么时候进行epoll_wait都会返回该socket。
ET：edge-trigger，边缘触发模式，只有某个socket从unreadable变为readable或从unwritable变为writable时，epoll_wait才会返回该socket。
Linix中的IO多路复用技术
IO多路复用技术是指：将多个IO的阻塞复用到同一个select的阻塞上，从而使系统在单线程的情况下，可以同时处理多个客户端请求。
epoll相比select作了很多重大改进：
支持一个进程打开的socket fd 不受限制，仅受限于操作系统的最大文件句柄数
IO效率不会随fd数目的增加而线性下降（epoll实现了伪AIO）
使用mmap加速内核与用户空间的消息传递
API更加简单
Java 的IO演进
JDK1.0~JDK1.3：BIO
所有Socket通信都采用了同步阻塞模式（BIO），这种一请求一应答的通信模型简化了应用开发，但牺牲了性能。
JDK1.4：NIO
提供了很多进行异步IO的API和类库
ByteBuffer：进行异步IO操作的缓冲区
Pipe：进行异步IO操作的管道
Channel：如ServerSocketChannel和SocketChannel
多种字符集的编码和解码
多路复用器selector
文件通道FileChannel
但对文件的处理能力不足：
没有统一的文件属性（例如读写权限）
API能力较弱，比如目录的级联创建和递归遍历，要自己实现
所有的文件操作都是同步阻塞调用，不支持异步文件的读写操作
底层存储系统的一些高级API无法使用
JDK1.7：NIO2.0
相比NIO，改进有：
能够提供批量获取文件属性的API
提供了AIO功能
提供了通道功能，包括对配置和多播数据报的支持等
Last updated