Java I/O模型与系统I/O模型

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接: IO模型

Java I/O模型与系统I/O模型的映射关系

Java的I/O模型是建立在底层系统I/O模型之上的，它通过对底层系统I/O调用的封装，提供了更高层次的抽象和统一的I/O接口。Java的I/O类库支持的I/O模型和底层系统I/O模型之间的映射关系如下：

1. 阻塞式I/O模型

   Java的I/O类库默认使用阻塞式I/O模型。在该模型下，I/O操作会一直阻塞，直到数据准备好或者操作完成才返回。对应的系统I/O模型是传统的阻塞式I/O模型。主要对应的系统I/O模型是Linux系统中的read(), write()

   这里主要是各种Stream、Reader、Writer、Socket的读写，其中Socket为：

   ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
   
   // 监听 8080 端口进来的 TCP 链接
   serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
   
   while (true) {
   
      // 这里会阻塞，直到有一个请求的连接进来
      SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
   
      // 开启一个新的线程来处理这个请求，然后在 while 循环中继续监听 8080 端口
      SocketHandler handler = new SocketHandler(socketChannel);
      new Thread(handler).start();
   }

2. 非阻塞式I/O模型

   Java的I/O类库可以使用非阻塞式I/O模型。在该模型下，I/O操作会立即返回，不会阻塞，但此时数据可能还没有准备好或者操作没有完成。需要使用轮询的方式检查操作是否完成。对应的系统I/O模型是非阻塞式I/O模型。主要对应的系统I/O模型是Linux系统中的select()或poll()函数
   java中主要是通过selector轮询socket的事件：

Selector selector = Selector.open();
 ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
 server.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));

 // 将其注册到 Selector 中，监听 OP_ACCEPT 事件
 server.configureBlocking(false);
 server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

 while (true){
    int readyChannels=selector.select();
    if(readyChannels==0){
    continue;
    }
    doSomething();
 }

3. 选择器模型

   Java的NIO（New I/O）类库提供了选择器模型，它支持同时管理多个I/O操作。在该模型下，可以使用一个线程同时管理多个通道，每个通道上可以注册多个I/O操作，并且可以检查这些操作是否已经准备好或者完成。主要对应的系统I/O模型是Linux系统中的epoll模型和FreeBSD系统中的kqueue模型

   这个主要是java各种Nio包里的非Async开头的channel实现的

4. 异步I/O模型

   Java的AIO（Asynchronous I/O）类库提供了异步I/O模型，它支持在I/O操作完成时通知应用程序。在该模型下，可以异步地提交I/O操作，I/O操作的完成时会通过回调函数通知应用程序。主要对应的系统I/O模型是Windows系统中的I/O Completion Port模型

   这个主要是在各种Asynchronous***Channel实现

注: Java的I/O类库是跨平台的，因此在不同的操作系统上可能使用不同的底层系统I/O模型
例如，在Linux上使用Java的I/O类库默认会使用epoll模型，在Windows上则会使用I/O Completion Port模型

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系统各个I/O模型对应的函数

不同的操作系统实现I/O模型的方式可能不同，因此每种I/O模型对应的系统函数也会有所不同。下面是常见的操作系统中，各个I/O模型对应的系统函数：

1. 阻塞式I/O模型
   • Linux/Unix: read(), write()
   • Windows: ReadFile(), WriteFile()
2. 非阻塞式I/O模型
   • Linux/Unix: fcntl() 或 ioctl()，也可以使用select()或poll()函数
   • Windows: ioctlsocket()，也可以使用select()或WSAPoll()函数
3. 选择器模型
   • Linux/Unix: epoll_wait() 或者 select()
   • Windows: select() 或者 WSAEventSelect()
4. 异步I/O模型
   • Linux/Unix: io_submit() 或者 aio_read()
   • Windows: WSASend() 或者 WSARecv()

需要注意的是，Java的I/O类库是跨平台的，因此它使用的系统函数可能会因操作系统而异
Java的I/O类库是建立在底层系统I/O模型之上的，因此它可以使用操作系统提供的任何I/O模型对应的函数来实现I/O操作