五种IO模型包括：阻塞IO、非阻塞IO、信号驱动IO、IO多路转接、异步IO。其中，前四个被称为同步IO。

有时我们在进行系统调用时为什么有的会立即返回，有的会阻塞在那里，而且系统调用的形参都不一样，其实就是因为在设计时采用了不同的I/O机制

阻塞式I/O:

    一般我们使用的系统调用接口都是阻塞式的。 此种模式，如果在只有一个主线程的情况下，线程就会阻塞在那里。导致我们什么其他的事都干不了，只有在数据报到达且被复制到应用进程的缓冲区中或者发生错误，这个系统调用才会返回。

    系统调用接口举例：recvfrom

       

非阻塞式I/O: 

    这种模式下系统调用后会立即返回，比如说是一个状态， EWOULDBLOCK， 表示数据还没有准备好。所以就要用户写一个循环函数不停的进行系统调用并对状态判断，然后根据状态来决定怎么做。和阻塞式IO不同的地方是，非阻塞式可以做一些事情，但还是会有束缚。

    系统调用接口举例： recvfrom

I/O复用的实现机制： 

       让select（或者poll）函数作为替身阻塞的等待描述符就绪， 当select返回套接字可读这一条件时，我们调用recvfrom把所读数据复制到应用进程缓冲区（注意此时select返回时，还是要通过recvfrom函数去进行系统调用，其过程就是将内核空间的内容复制到进程空间，此点会和异步IO做区分）。select 在只有一个文件描述符的情况下与非阻塞的相比并没有优势， select的优势在于可以等待多个描述符。

信号驱动式I/O: 

       首先开启信号驱动式I/O功能， 并通过sigaction系统调用安装一个信号处理函数。该系统调用将立即返回， 我们的进程继续工 作（没有被阻塞，这是其区别与I/O复用的关键）当数据准备好时， 内核就为该进程准备一个SIGIO信号。我们既可以在信号处理函数中调用recvfrom读取数据报，并通知主循环去处理数据报，也可以立即通知主循环，让它读取数据。

       优势在于数据报到达期间进程不被阻塞。主循环可以继续执行。

异步I/O:  

        我们调用aio_read函数，给内核传递描述符、缓冲区指针、缓冲区大小和文件偏移、并高速内核整个操作完成时该怎么通知我们。 该信号直到数据已复制到应用进程缓冲区才产生，这一点不同于信号驱动式I/O

小结：理解的关键在于要懂应用进程空间和内核空间，内核空间的函数可以操作进程空间（在异步IO中，内核函数直接将内容拷贝到进程空间的缓冲区中） 但进程空间必须通过系统调用才可以读取内核空间的内容。

1.阻塞IO模型

　　最传统的一种IO模型，即在读写数据过程中会发生阻塞现象。

　　当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除block状态。

典型的阻塞IO模型的例子为：

data = socket.read();

如果数据没有就绪，就会一直阻塞在read方法。

2.非阻塞IO模型

　　当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。

　　所以事实上，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。

典型的非阻塞IO模型一般如下：

while(true){

   data = socket.read();

   if(data!= error){

       处理数据

       break;

   }

}

　　但是对于非阻塞IO就有一个非常严重的问题，在while循环中需要不断地去询问内核数据是否就绪，这样会导致CPU占用率非常高，因此一般情况下很少使用while循环这种方式来读取数据。

3.多路复用IO模型

　　多路复用IO模型是目前使用得比较多的模型。Java NIO实际上就是多路复用IO。

　　在多路复用IO模型中，会有一个线程不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作。因为在多路复用IO模型中，只需要使用一个线程就可以管理多个socket，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程，并且只有在真正有socket读写事件进行时，才会使用IO资源，所以它大大减少了资源占用。

　　在Java NIO中，是通过selector.select()去查询每个通道是否有到达事件，如果没有事件，则一直阻塞在那里，因此这种方式会导致用户线程的阻塞。

　　也许有朋友会说，我可以采用多线程+ 阻塞IO 达到类似的效果，但是由于在多线程 + 阻塞IO 中，每个socket对应一个线程，这样会造成很大的资源占用，并且尤其是对于长连接来说，线程的资源一直不会释放，如果后面陆续有很多连接的话，就会造成性能上的瓶颈。

　　而多路复用IO模式，通过一个线程就可以管理多个socket，只有当socket真正有读写事件发生才会占用资源来进行实际的读写操作。因此，多路复用IO比较适合连接数比较多的情况。

　　另外多路复用IO为何比非阻塞IO模型的效率高是因为在非阻塞IO中，不断地询问socket状态时通过用户线程去进行的，而在多路复用IO中，轮询每个socket状态是内核在进行的，这个效率要比用户线程要高的多。

　　不过要注意的是，多路复用IO模型是通过轮询的方式来检测是否有事件到达，并且对到达的事件逐一进行响应。因此对于多路复用IO模型来说，一旦事件响应体很大，那么就会导致后续的事件迟迟得不到处理，并且会影响新的事件轮询。

4.信号驱动IO模型

　　在信号驱动IO模型中，当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。这个一般用于UDP中，对TCP套接口几乎是没用的，原因是该信号产生得过于频繁，并且该信号的出现并没有告诉我们发生了什么事情

5.异步IO模型

　　异步IO模型才是最理想的IO模型，在异步IO模型中，当用户线程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从内核的角度，当它受到一个asynchronous read之后，它会立刻返回，说明read请求已经成功发起了，因此不会对用户线程产生任何block。然后，内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户线程，当这一切都完成之后，内核会给用户线程发送一个信号，告诉它read操作完成了。也就说用户线程完全不需要关心实际的整个IO操作是如何进行的，只需要先发起一个请求，当接收内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成，可以直接去使用数据了。

　　也就说在异步IO模型中，IO操作的两个阶段都不会阻塞用户线程，这两个阶段都是由内核自动完成，然后发送一个信号告知用户线程操作已完成。用户线程中不需要再次调用IO函数进行具体的读写。这点是和信号驱动模型有所不同的，在信号驱动模型中，当用户线程接收到信号表示数据已经就绪，然后需要用户线程调用IO函数进行实际的读写操作；而在异步IO模型中，收到信号表示IO操作已经完成，不需要再在用户线程中调用iO函数进行实际的读写操作。

　　注意，异步IO是需要操作系统的底层支持，在Java 7中，提供了Asynchronous IO。简称AIO

前面四种IO模型实际上都属于同步IO，只有最后一种是真正的异步IO，因为无论是多路复用IO还是信号驱动模型，IO操作的第2个阶段都会引起用户线程阻塞，也就是内核进行数据拷贝的过程都会让用户线程阻塞。