這是【NIO系列】第二篇，歡迎持續關注:
上一篇我們講到了關於TCP/IP協議的一些內容，這些是網路程式設計的必備知識。在瞭解NIO之前我們必須要了解一下對應的系統層IO模型，比如java的NIO對應是那種IO模型，阻塞和同步的差異在哪裡，又是否相同。瞭解了這些更方便我們的後續的NIO探解。
一、同步、非同步、阻塞、非阻塞
同步、非同步，阻塞、非阻塞，這四種狀態常有人分不清，主要是這四種狀態的定義本身也不是很明確，所以各種解答的方式都有。常見的分類有以下:
同步阻塞IO
同步非阻塞IO
非同步非阻塞IO
針對某種IO模型，我們如何分類，可以基於POSIX對同步/非同步的定義來判別:
- A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes;
- An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;
那麼從上我們可以看出:
阻塞：是否阻塞主要體現在呼叫的執行緒是否可以幹別的，關注的是程式的等待狀態
同步：是否同步體現在訊息通訊機制上 。
也就是說同步和非同步說的是訊息的通知機制，阻塞非阻塞說的是執行緒的狀態 。
如果說以上的定義依然無法判別，我們可以從輸入操作的兩個階段來看：
一般來說，一個輸入操作通常包括兩個不同階段：
（1）等待資料準備好；
（2）從核心向程式複製資料。
是否同步的判斷依據是:是否針對的是整個過程，也就是2個階段，是否有阻塞。
是否阻塞的判斷依據是:按程式（執行緒）等待訊息通知時的狀態角度來說的，也就是主要是針對第一階段來說。
舉例
我們舉例來說:
比如說做飯這件事，一般要分為連個步驟。
1、買菜，準備食材
2、炒菜，做出飯菜
方案一：自己動手處理。
1、去超市買菜，準備食材（阻塞，當前時段只能做一件事，且需要持續的等待）
2、回家切菜，炒菜，做出美味飯菜（阻塞，還是自己來處理）
評價: 方案一同步阻塞。首先階段一是阻塞的，所以認定為阻塞，兩個階段都是阻塞的，認定為同步的。
方案二：盒馬配送食材，自己做飯
1、網上下單，盒馬配送食材，快遞到了會敲門聯絡你。（非阻塞的，這期間你可以幹其他事）
2、拿到菜，切菜、炒菜，做出美味飯菜（阻塞）
評價：方案二為同步非阻塞。階段一為非阻塞，認定為非阻塞。階段二為阻塞，兩階段中有一個為阻塞，認定為同步。
方案三：盒馬配送，請阿姨做飯
1、網上下單，盒馬配送食材，快遞到了會敲門聯絡你。（非阻塞的，這期間你可以幹其他事）
2、網上請阿姨小時工，幫忙做這一餐，做好通知我。（非阻塞，期間可以幹其他事）
評價：方案三為非同步非阻塞。階段一為非阻塞，認定為非阻塞。階段二非阻塞，則兩階段中都沒有阻塞，認定為非同步。
那麼是否有非同步阻塞IO模型，沒有，要記得非同步狀態是包含二個階段的，如果有阻塞的過程，為何還叫非同步？
網上有很多介紹有非同步阻塞模型的，我目前查到的資料還沒有這個證明，若有找到相關論文，還請指教。目前我認為沒有這個模型的。
二、Unix 5種I/O模型
在《UNIX網路程式設計：卷一》的第六章書中列出了五種IO模型：
阻塞式I/O；
非阻塞式I/O；
I/O複用（select，poll，epoll...）；
訊號驅動式I/O（SIGIO）；
非同步I/O（POSIX的aio_系列函式）；
1.阻塞式I/O
同步阻塞 IO 模型是最常用的一個模型，也是最簡單的模型。在linux中，預設情況下所有的socket都是blocking。它符合人們最常見的思考邏輯。
在這個IO模型中，使用者空間的應用程式執行一個系統呼叫（recvform），這會導致應用程式阻塞，什麼也不幹，直到資料準備好，等待kernel準備好從網路上接收到的資料包 + 等待收到的報文被從kernel複製到buf中，recvfrom方法才會返回，最後程式再處理資料。
這就是阻塞式IO模型
2.非阻塞式I/O
非阻塞IO時對一個非阻塞描述符迴圈呼叫recvfrom，持續的輪詢（polling）,以檢視某個操作是否就緒。與阻塞IO不一樣，"非阻塞將大的整片時間的阻塞分成N多的小的阻塞, 所以程式不斷地有機會 '被' CPU光顧"。
非阻塞的recvform系統呼叫呼叫之後，程式並沒有被阻塞，核心馬上返回給程式，如果資料還沒準備好，此時會返回一個error。程式在返回之後，可以乾點別的事情，然後再發起recvform系統呼叫。如此迴圈的進行recvform系統呼叫，檢查核心資料，直到資料準備好，再拷貝資料到程式。拷貝資料整個過程，程式仍然是屬於阻塞的狀態。
這就是非阻塞式IO模型
3.I/O複用
IO multiplexing就是我們說的select，poll，epoll 。為何叫多路複用，是因為它I/O多路複用可以同時監聽多個fd，如此就減少了為每個需要監聽的fd開啟執行緒的開銷。
select呼叫是核心級別的，可以等待多個socket，能實現同時對多個IO埠進行監聽，當其中任何一個socket的資料準好了，就能返回進行可讀，然後程式再進行recvform系統呼叫，將資料由核心拷貝到使用者程式，這個過程是阻塞的。
I/O複用模型會用到select、poll、epoll函式，這幾個函式也會使程式阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，這幾個函式可以同時阻塞多個I/O操作`。而且可以同時對多個讀操作，多個寫操作的I/O函式進行檢測，直到有資料可讀或可寫時（不是等到socket資料全部到達再處理, 而是有了一部分資料就會呼叫使用者程式來處理），才真正呼叫I/O操作函式。
IO複用有人把其成為同步非阻塞的，也有稱為同步阻塞。其實這個是否阻塞還需要看第一個階段，第一個階段有的阻塞，有的不阻塞。主要也是阻塞在select階段，屬於使用者主動等待階段，我們且規範為阻塞狀態，所以，把IO多路複用歸為同步阻塞模式。
這是IO複用的模型:
select、poll、epoll的不同
4.訊號驅動式I/O
訊號驅動式I/O：首先我們允許Socket進行訊號驅動IO,並安裝一個訊號處理函式，程式繼續執行並不阻塞。當資料準備好時，程式會收到一個SIGIO訊號，可以在訊號處理函式中呼叫I/O操作函式處理資料。
也就是說第一個階段，完全是非阻塞的，等資料到達會給一個訊號通知，第二個階段recvfrom還是阻塞過程，和之上無差異。
訊號驅動式I/O 過程如下:
5.非同步I/O
非同步IO不是順序執行,使用者程式進行aio_read系統呼叫之後，無論核心資料是否準備好，都會直接返回給使用者程式，然後使用者態程式可以去做別的事情。等到socket資料準備好了，核心直接複製資料給程式，然後從核心向程式傳送通知。IO兩個階段，程式都是非阻塞的。
總結
針對這5中IO模型，我採用一張圖來總結一下。
三、java IO
Unix中的五種I/O模型，除訊號驅動I/O外，Java對其它四種I/O模型都有所支援。其中Java最早提供的blocking I/O即是同步阻塞I/O，而NIO即是同步非阻塞I/O，同時通過NIO實現的Reactor模式即是I/O複用模型的實現，通過AIO實現的Proactor模式即是非同步I/O模型的實現。
所以說嚴格意義上來說，通過Reactor模式實現的NIO，和unix中的I/O多路複用是相同的概念，但這是一種程式設計模型，而不是原生支援。這也是我們下面所要進行的netty講解的主要思想。
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