想成为大牛，不得不懂的五种Linux网络IO模型 _Linux

前言你知?.NETty为什么性能这么高吗？你知道redis为什么单线程如此之快吗？这都和底层的网络IO模型有关系，所以掌握网络IO模型真的很重要，是一个基础，对你更好的理解其他应用帮助非常大，今天我们就好好来聊聊linux的5种网络IO模型。
IO工作原理我们的应用大多数情况都是部署在linux系统中，linux系统也是一种应用，它是基于计算机硬件的一种操作系统软件。当我们接收一次网络传输，计算机硬件的网卡会从网络中将读到的字节流写到linux的buffer缓冲区内存中，然后用户空间会调用linux对外暴露的接口，将linux内核空间buffer内存中的数据拷贝到用户空间的buffer区。这一次网络读取就是磁盘IO，同理从磁盘中读取，也是遵循一样的机制。

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IO的性能瓶颈主要是下面两个阶段：

准备阶段，指数据从网络网卡或本地存储器读取到内核的过程
复制阶段，指将内核缓冲区中的数据拷贝至用户态的进程缓冲区

所以，Linux系统中提供了五种IO模型来提高性能，它们分别为BIO、NIO、多路复用、信号驱动、AIO，从性能上来说，它们属于依次递进的关系，但越靠后的IO模型实现也越为复杂。
1. 阻塞IO模型BIO当用户应用线程调用linux操作系统的recvfrom?函数读取数据的时候，如果内核的buffer?内存中没有数据，那么用户线程会阻塞等待，直到内核的buffer?内存中有数据了，才去将内核的buffer内存中的数据拷贝到用户应用内存中。

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打比方理解：
比如你给女神发一条短信, 说我来找你了, 然后就默默的一直等着女神下楼, 这个期间除了等待你不会做其他事情, 属于备胎做法。也就是说线程会一直阻塞等待内核把数据准备好，然后将数据copy到用户空间。
优点：

开发简单，容易入门；
在阻塞等待期间，用户线程挂起，在挂起期间不会占用CPU资源。

缺点：

在BIO这种模型中，为了支持并发请求，通常会采用多线程的方式，并发过高时会导致创建大量线程，造成频繁的上下文切换，甚至系统崩溃

在JAVA常用的Tomcat服务器中，Tomcat7.x版本以下默认的IO类型也是BIO，但是Tomcat中对BIO模型稍微进行了优化，通过线程池做了限制，所以避免出现并发过高而系统崩溃的情况。
2. 非阻塞IO模型NIO当用户应用线程调用linux操作系统的recvfrom?函数读取数据的时候，如果内核的buffer?内存中没有数据，那么用户线程会直接拿到结果（没有数据）不会阻塞等待，于是又会发起一次recvfrom函数调用，直到内核的buffer内存中有数据了，才去将内核的buffer内存中的数据拷贝到用户应用内存中。
在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就说非阻塞IO不会交出CPU，而会一直占用CPU 。

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打比方理解：
比如你给女神发短信, 如果不回, 接着再发, 一直发到女神下楼, 这个期间你除了发短信等待不会做其他事情, 属于专一做法。同理，用户线程无需等待内核数据准备结果，直接返回，然后通过轮询去问结果，如果结果为准备好，进程把数据copy到用户空间。
优点：

每次发起IO调用，在内核等待数据的过程中可以立即返回，用户线程不会阻塞。

缺点：

多个线程不断轮询内核是否有数据，会占用大量CPU时间。

NIO相对来说较为鸡肋，因此目前大多数的NIO技术并非采用这种多线程的模型，而是基于单线程的多路复用模型实现的，Java中支持的NIO模型亦是如此。
3. 多路复用IO模型前面提到NIO由于线程在不断的轮询查看数据是否准备就绪，造成CPU开销较大。既然说是由于大量无效的轮询造成CPU占用过高，那么等内核中的数据准备好了之后，再去询问数据是否就绪是不是就可以了？答案是Yes 。这就是我们多路复用IO模型的设计思想。
多路复用IO模型是基于文件描述符File Descriptor?实现的，文件描述符是打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符。读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件。文件包含音频文件，常规文件，硬件设备等等，也包括网络套接字（Socket）。