摘要：阻塞當進行讀寫時，線程是阻塞的狀態(tài)。當任何一個收到數(shù)據(jù)后，中斷程序?qū)酒疬M程。接收數(shù)據(jù)當收到數(shù)據(jù)后，中斷程序會給的就緒列表添加引用。當接收到數(shù)據(jù)，中斷程序一方面修改，另一方面喚醒等待隊列中的進程，進程再次進入運行狀態(tài)如下圖。

本篇文章目的在于基本概念和原理的解釋，不會貼過多的使用代碼。

Java NIO (New IO)是 Java 的另一個 IO API (來自 java1.4) ，意味著可以替代標準的 Java IO API和 Java Networking API。 提供了一種與標準 IO API 不同的 IO 工作方式。

注意：Java的NIO只是說IO API，阻塞非阻塞才是IO的模型。

也有人稱NIO為No-Blocking IO，非阻塞IO,但是這么說并不嚴謹。因為對于基礎(chǔ)的IO操作API（比如文件IO，F(xiàn)ileChannel），還是阻塞的模型。只有對Networking IO API才可以使用非阻塞的模型（configureBlocking(false)）。

Java NIO中的Networking IO API，支持非阻塞IO模型，還實現(xiàn)了IO多路復用（IO Multiplexing）。對于服務端來說，可以用更少的線程支持更多的并發(fā)，大幅度提升了性能。

阻塞與非阻塞是從線程的角度出發(fā)的，這里指的是線程狀態(tài)。

當進行IO讀寫時，線程是阻塞的狀態(tài)。此時會讓出cpu控制權(quán)，不會占用cpu資源。

什么？不占用CPU資源？那是不是代表阻塞模型更好呢？

答案是并不是，雖然阻塞狀態(tài)不會占用CPU，但是會發(fā)生線程的切換，線程切換時會有上下文保存轉(zhuǎn)換的過程，需要CPU調(diào)度，是一個很昂貴的操作。

Java NIO中的基礎(chǔ)IO API（非Networking IO API）還是阻塞的方式，只是使用方式從面向流（stream）編程面向塊（buffer）了，和BIO本質(zhì)上并沒有什么區(qū)別。

非阻塞是指在進行IO操作的時候，如果設(shè)備還未準備好（比如socket還沒有收到數(shù)據(jù)），操作會直接返回結(jié)果，不會讓當前線程進入阻塞狀態(tài)。

這樣的優(yōu)點是，使用者可以自行決定在數(shù)據(jù)未準備好時的操作。線程可以在沒有數(shù)據(jù)期間去執(zhí)行其他操作。
Networking API可以配置為非阻塞模型Channel.configureBlocking(false)，配合Selector來實現(xiàn)多路復用功能。簡單的說就是一個Selector監(jiān)聽多個socket io（對于unix系統(tǒng)來說，socket也是一個fd，也屬于io），可以在一個線程中支持多個連接。當然在實際服務器開發(fā)時，就算是NIO模型，有些程序也不會只使用一個線程；但相比傳統(tǒng)的Blocking IO方式來說，需要的線程數(shù)量也會大大減少了。（redis中就是使用了IO多路復用技術(shù)，并且只有一個線程監(jiān)聽socket io）

AIO 是 Java 1.7 之后引入的包，是 NIO 的升級版本，新增了提異步非阻塞的 IO 操作方式，所以人們叫它 AIO（Asynchronous IO），異步 IO 是基于事件和回調(diào)機制實現(xiàn)的，也就是應用操作之后會直接返回，不會堵塞在那里，當后臺處理完成，操作系統(tǒng)會執(zhí)行回調(diào)通知相應的線程進行后續(xù)的操作。

在I/O編程過程中，當需要同時處理多個客戶端請求時，可以利用多線程或者I/O多路復用技術(shù)進行處理。I/O多路復用技術(shù)通過把多個I/O的阻塞復用到同一個Select的阻塞上，從而使得系統(tǒng)在單線程的情況下可以同時處理多個客戶端請求。與傳統(tǒng)的多線程/多進程模型相比，I/O多路復用的最大優(yōu)勢是系統(tǒng)開銷小，系統(tǒng)不需要創(chuàng)建新的額外進程或者線程，也不需要維護這些線程和進程的運行，降低了系統(tǒng)的維護工作量，節(jié)省了系統(tǒng)的資源，I/O多路復用的主要應用場景如下：

服務器需要同時處理多個處于監(jiān)聽狀態(tài)或者多個連接狀態(tài)的Socket

服務器需要同時處理多種網(wǎng)絡協(xié)議的Socket

目前支持I/O多路復用的系統(tǒng)調(diào)用又select/pselect/poll/epoll。

select的實現(xiàn)思路很直接。假如程序同時監(jiān)視如下圖的sock1、sock2和sock3三個socket，那么在調(diào)用select之后，操作系統(tǒng)把進程A分別加入這三個socket的等待隊列中。

當任何一個socket收到數(shù)據(jù)后，中斷程序?qū)酒疬M程。下圖展示了sock2接收到了數(shù)據(jù)的處理流程。

所謂喚起進程，就是將進程從所有的等待隊列中移除，加入到工作隊列里面。如下圖所示。

經(jīng)由這些步驟，當進程A被喚醒后，它知道至少有一個socket接收了數(shù)據(jù)。程序只需遍歷一遍socket列表，就可以得到就緒的socket。

這種簡單方式行之有效，在幾乎所有操作系統(tǒng)都有對應的實現(xiàn)。

但是簡單的方法往往有缺點，主要是：

其一，每次調(diào)用select都需要將進程加入到所有監(jiān)視socket的等待隊列，每次喚醒都需要從每個隊列中移除。這里涉及了兩次遍歷，而且每次都要將整個fds列表傳遞給內(nèi)核，有一定的開銷。正是因為遍歷操作開銷大，出于效率的考量，才會規(guī)定select的最大監(jiān)視數(shù)量，默認只能監(jiān)視1024個socket。

其二，進程被喚醒后，程序并不知道哪些socket收到數(shù)據(jù)，還需要遍歷一次。

那么，有沒有減少遍歷的方法？有沒有保存就緒socket的方法？這兩個問題便是epoll技術(shù)要解決的。

補充說明： 本節(jié)只解釋了select的一種情形。當程序調(diào)用select時，內(nèi)核會先遍歷一遍socket，如果有一個以上的socket接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，那么select直接返回，不會阻塞。這也是為什么select的返回值有可能大于1的原因之一。如果沒有socket有數(shù)據(jù)，進程才會阻塞。

select低效的原因之一是將“維護等待隊列”和“阻塞進程”兩個步驟合二為一。如下圖所示，每次調(diào)用select都需要這兩步操作，然而大多數(shù)應用場景中，需要監(jiān)視的socket相對固定，并不需要每次都修改。epoll將這兩個操作分開，先用epoll_ctl維護等待隊列，再調(diào)用epoll_wait阻塞進程。顯而易見的，效率就能得到提升。

select低效的另一個原因在于程序不知道哪些socket收到數(shù)據(jù)，只能一個個遍歷。如果內(nèi)核維護一個“就緒列表”，引用收到數(shù)據(jù)的socket，就能避免遍歷。如下圖所示，計算機共有三個socket，收到數(shù)據(jù)的sock2和sock3被rdlist（就緒列表）所引用。當進程被喚醒后，只要獲取rdlist的內(nèi)容，就能夠知道哪些socket收到數(shù)據(jù)。

epoll是在select出現(xiàn)N多年后才被發(fā)明的，是select和poll的增強版本。epoll通過以下一些措施來改進效率。

原理：

如下圖所示，當某個進程調(diào)用epoll_create方法時，內(nèi)核會創(chuàng)建一個eventpoll對象（也就是程序中epfd所代表的對象）。eventpoll對象也是文件系統(tǒng)中的一員，和socket一樣，它也會有等待隊列。

創(chuàng)建一個代表該epoll的eventpoll對象是必須的，因為內(nèi)核要維護“就緒列表”等數(shù)據(jù)，“就緒列表”可以作為eventpoll的成員。

創(chuàng)建epoll對象后，可以用epoll_ctl添加或刪除所要監(jiān)聽的socket。以添加socket為例，如下圖，如果通過epoll_ctl添加sock1、sock2和sock3的監(jiān)視，內(nèi)核會將eventpoll添加到這三個socket的等待隊列中。

當socket收到數(shù)據(jù)后，中斷程序會操作eventpoll對象，而不是直接操作進程。

當socket收到數(shù)據(jù)后，中斷程序會給eventpoll的“就緒列表”添加socket引用。如下圖展示的是sock2和sock3收到數(shù)據(jù)后，中斷程序讓rdlist引用這兩個socket。

eventpoll對象相當于是socket和進程之間的中介，socket的數(shù)據(jù)接收并不直接影響進程，而是通過改變eventpoll的就緒列表來改變進程狀態(tài)。

當程序執(zhí)行到epoll_wait時，如果rdlist已經(jīng)引用了socket，那么epoll_wait直接返回，如果rdlist為空，阻塞進程。

假設(shè)計算機中正在運行進程A和進程B，在某時刻進程A運行到了epoll_wait語句。如下圖所示，內(nèi)核會將進程A放入eventpoll的等待隊列中，阻塞進程。

當socket接收到數(shù)據(jù)，中斷程序一方面修改rdlist，另一方面喚醒eventpoll等待隊列中的進程，進程A再次進入運行狀態(tài)（如下圖）。也因為rdlist的存在，進程A可以知道哪些socket發(fā)生了變化。

Netty權(quán)威指南

https://zhuanlan.zhihu.com/p/...

http://tutorials.jenkov.com/j...