Java Nio（一） - Unix IO模型

本系列介绍JAVA的NIO（New IO）系列接口。NIO通过几个部件（主要是：selector、channel、buffer），提供和传统IO不同的读写方式。它 同步非阻塞 IO。由NIO提供的接口看，它的设计思路和Unix的五个IO模型的其中一个：多路转接IO是一样的。所以，在学习具体的NIO代码实现之前，我会先介绍这种IO模型。

Unix的五种IO模型

先看看Unix下可用的5种IO模型：

• 阻塞I/O
• 非阻塞I/O
• 即多路转接IO（又译作：I/O复用）
• 信号驱动I/O（SIGIO）
• 异步I/O（Posix.1的aio_系列函数）

对同步，阻塞等概念和这几种IO的区别，本文不再赘述，可以在文末的参考一节找到相关资料。

除了前两种IO模型，Unix对其他三种IO都提供系统调用或系统函数级别的支持。

多路转接IO的使用场景

多路转接IO的适用场景是：需要对多个描述符（文件描述符：Unix对IO地址的抽象，可以是文件，socket等可读写的地址）进行读写。想象我们需要从两个描述符读：

这种场景下，不能在任意描述符上进行阻塞读，因为会导致进程阻塞，使另一个描述符即使有数据也无法处理。

那可以使用多进程 / 线程，让它们分别进行阻塞读吗？当然可以，但会产生新问题：多进程系统中，需要涉及进程间通信问题，如果使用多线程模型，则需要考虑线程间同步问题。

可以使用非阻塞IO读取吗？使用非阻塞的read，分别轮询两个描述符，当任意一个描述符可用时，才处理。这个方法的不足之处是浪费CPU时间。大多数时间实际上是无数据可读的，因此执行read系统调用会浪费时间。

在这种场景下，比较好的技术是使用I/O多路转换（I/O multiplexing）。它的做法是：我们把这两个描述符构造出一张列表，然后调用select函数，这个函数会 阻塞，直到任意一个描述符准备好进行IO时，它才会返回，并告知用户进程，哪个描述符已经准备好了。

过程

再整理一下它的工作过程：

1. 用户进程构造一张感兴趣的描述符列表，调用select方法，交给内核。
2. select方法阻塞。
3. 当这个描述符列表的任意一个可用时，select方法返回，返回这个描述符。
4. 用户进程收到描述符，调用recvfrom方法把数据从内核拷贝到用户空间。

时序图如下：

参考

• 《Unix环境高级编程》
• 《Unix网络编程》第六章
• http://shensy.iteye.com/blog/1864781
• http://tutorials.jenkov.com/java-nio/index.html
• http://www.cnblogs.com/fanzhidongyzby/p/4098546.html