io模型本是UNIX網路程式設計相關的內容。UNIX中IO模型有五種，包括阻塞 I/O、非阻塞 I/O、I/O 複用、訊號驅動式 I/O 、非同步 I/O 等。

 阻塞 I/O 模型

阻塞式IO模型，一般表現為程序或執行緒等待某個條件，如果條件不滿足，則一直等下去。條件滿足，則進行下一步操作。如下圖：

非阻塞 I/O 模型

非阻塞式IO模型：程序或執行緒目的未達到時，不再一味的等著，而是直接返回。然後通過輪詢的方式，不停的去問核心資料準備好沒。如下圖：

I/O 複用模型

Unix/Linux 環境下的 I/O 複用模型包含三組系統呼叫，分別是 select、poll 和 epoll（FreeBSD 中則為 kqueue）。select 出現的時間最早，在 BSD 4.2中被引入。poll 則是在 AT&T System V UNIX 版本中被引入（詳情請參考 UNIX man-page）。epoll 出現在 Linux kernel 2.5.44 版本中，與之對應的 kqueue 呼叫則出現在 FreeBSD 4.1，早於 epoll。select 和 poll 出現的時間比較早，在當時也是比較先進的 I/O 模型了，滿足了當時的需求。不過隨著因特網使用者的增長，C10K 問題出現。select 和 poll 已經不能滿足需求了，研發更加高效的 I/O 模型迫在眉睫。到了 2000 年，FreeBSD 率先發布了 select、poll 的改進版 kqueue。Linux 平臺則在 2002 年 2.5.44 中釋出了 epoll。

select模式：select 有三個檔案描述符集（readfds），分別是可讀檔案描述符集（writefds）、可寫檔案描述符集和異常檔案描述符集（exceptfds）。應用程式可將某個 socket （檔案描述符）設定到感興趣的檔案描述符集中，並呼叫 select 等待所感興趣的事件發生。比如某個 socket 處於可讀狀態了，此時應用程序就可呼叫 recvfrom 函式把資料從核心空間拷貝到程序空間內，無需再等待核心準備資料了。如下圖：

一般情況下，應用程序會將多個 socket 設定到感興趣的檔案描述符集中，並呼叫 select 等待所關注的事件（比如可讀、可寫）處於就緒狀態。當某些 socket 處於就緒狀態後，select 返回處於就緒狀態的 sockct 數量。注意這裡返回的是 socket 的數量，並不是具體的 socket。應用程式需要自己去確定哪些 socket 處於就緒狀態了，確定之後即可進行後續操作。

 訊號驅動式 I/O 模型

訊號驅動式 I/O 模型是指，應用程序告訴核心，如果某個 socket 的某個事件發生時，請向我發一個訊號。在收到訊號後，訊號對應的處理函式會進行後續處理。如下圖：

非同步 I/O 模型

非同步 I/O 是指應用程序把檔案描述符傳給核心後，啥都不管了，完全由核心去操作這個檔案描述符。核心完成相關操作後，會發訊號告訴應用程序，某某 I/O 操作我完成了，你現在可以進行後續操作了。如下圖：

上圖通過 aio_read 把檔案描述符、資料快取空間，以及訊號告訴核心，當檔案描述符處於可讀狀態時，核心會親自將資料從核心空間拷貝到應用程序指定的快取空間呢。拷貝完在告訴程序 I/O 操作結束，就可以直接使用資料了。

幾種IO模型的對比圖：

對於java的IO(BIO NIO AIO)而言，以socket.read()為例子：

傳統的BIO裡面socket.read()，如果TCP RecvBuffer裡沒有資料，函式會一直阻塞，直到收到資料，返回讀到的資料。

對於NIO，如果TCP RecvBuffer有資料，就把資料從網絡卡讀到記憶體，並且返回給使用者；反之則直接返回0，永遠不會阻塞。

最新的AIO(Async I/O)裡面會更進一步：不但等待就緒是非阻塞的，就連資料從網絡卡到記憶體的過程也是非同步的。

換句話說，BIO裡使用者最關心“我要讀”，NIO裡使用者最關心"我可以讀了"，在AIO模型裡使用者更需要關注的是“讀完了”。

NIO一個重要的特點是：socket主要的讀、寫、註冊和接收函式，在等待就緒階段都是非阻塞的，真正的I/O操作是同步阻塞的（消耗CPU但效能非常高）。