【2023-04-22】 io操作和java io

用户操作io时，会向操作系统调用read，write函数

同步阻塞io：用户线程会阻塞，等会内核完成io返回有用户线程才会继续执行

同步非阻塞io：用户在做io请求时，不管有没有完成都立即返回，如果返回结果告知数据未准备好，那么可以立即再次请求，直到io完成。虽然不会阻塞，但是会一直循环请求，消耗CPU的资源。

同步非阻塞io-io多路复用：前面提到线程会一直循环请求，而io多路复用就是让线程避免轮询请求。实现io多路复用的三种方式：select，poll，epoll。

1）select：进行io操作时会维护一个fdset文件描述符，如果有可写，可读，或异常的状态，会更新到这个fdset，select会阻塞住监视这个fdset，等有数据、可读、可写、出异常或超时就会返回，返回后会遍历整个fdset，找到就绪的fd，进行io操作。这个fdset底层是一个数组维护，默认是1024。

​ 缺点：1.由于是采用轮询方式全盘扫描，会随着文件描述符 FD 数量增多而性能下降。2.每次调用 select()，都需要把 fd 集合从用户态拷贝到内核态，并进行遍历(消息传递都是从内核到用户空间)。3.单个进程打开的 FD 是有限制(通过FD_SETSIZE设置)的，默认是 1024 个，可修改宏定义，但是效率仍然慢。

2）poll：基本原理和select一样，fdset使用链表做存储方式，没有最大数量限制。

​ 缺点同select第一点和第二点。

3）epoll：epoll对select和poll进行了优化，只在内核中保存fd，用户只需传入修改的部分即可，内核也不在通过轮询的方式进行寻找就绪的客户端，，而是使用事件通知的形式通知已经就绪的客户端，内核就绪的io的唯一标识传递给用户，用户也不用遍历fdset。

java io

Java BIO：服务器实现模式为一个连接一个线程，即用户端有连接请求时服务器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就会造成不必要的线程开销。

Java NIO：服务器实现模式为一个线程处理多个请求连接，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询连接有io请求就进行处理。

Java AIO：服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的io请求都是由内核完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理，一般适用于连接数较多且连接市场较长的应用