背景：
TCP/IP和UDP/IP可用于完成数据的传输，但要完成系统间的通信，还需要对数据进行处理
。
输入与输出
，
按照
《Unix网络编程》
的划分
，IO模型可以分为：阻塞IO、非阻塞IO、IO复用、信号驱动IO和异步IO，
按照POSIX标准来划分只分为两类
：
同步IO和异步IO。
如何区分呢？
首先一个IO操作其实分成了两个步骤：发起IO请求和实际的IO操作。
阻塞IO和非阻塞IO的区别在于第一步，发起IO请求是否会被阻塞，
如果阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO，如果不阻塞，那么就是非阻塞IO。
同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞，
如果实际的IO读写阻塞请求进程，那么就是同步IO，因此
阻塞IO、非阻塞IO、IO服用、信号驱动IO都是同步IO，
如果不阻塞，而是操作系统帮你做完IO操作再将结果返回给你，那么就是异步IO。
java中传统的IO属于同步阻塞，
NIO属于同步非阻塞（Reactor模式），
AIO属于异步阻塞（Preactor模式）（JDK7出现），java中没有异步非阻塞的实现。
BIO
: 当发起IO的读和写操作时，均为阻塞方式
NIO: 发起IO的读和写操作时，均为非阻塞方式
由于JDK的Selector在Linux等主流操作系统上通过epoll实现，它没有连接句柄数的限制
AIO
: 为异步IO方式，同样基于事件驱动思想，和NIO不同，当进行读写操作时，只需直接调用API的read和write方法即可。这两种方法均为
异步的，对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；对于写操作而言，当操作
系统将write方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。
较之NIO而言，AIO一方面简化了程序的编写，流的读取和写入都由操作系统来代替完成；另一方面省去了NIO中程序要遍历事件通知 队列(Selector)的代价。
windows基于IOCP（
I/O Completion Port，中文译作
IO
完成端口
）实现了AIO。
Linux目前基于epoll（
IO多路复用的一种模式
）模拟实现了AIO
java对TCP/IP和UDP/IP都支持，在网络IO的操作上，
java 7以前的版本只支持BIO和NIO。
java 7以后的版本才支持AIO 。（NIO2.0中添加）
一 java分布式应用简介
大型应用通常会拆分为多个子系统，对于java来说，这些子系统可能部署在同一台机器上的多个不同的JVM中，也可能部署在不同的 电脑上，但这些子系统有不是完全独立的，要相互通信来实现业务功能，对于此类java应用，我们称为java分布式应用。
对于分布式java应用，通常有两种典型的方式来实现：
1.基于消息方式实现系统间的通信
当系统之间要通信时，就向外发送消息，消息可以是字节流、字节数组，甚至是java对象（序列化实现）。
消息方式的系统间通信，通常基于网络协议来实现，常用的实现系统间通信的协议是:TCP/IP和UDP/IP
常规实现的4种方式：TCP/IP+BIO,TCP/IP+NIO,UDP/IP+BIO,UDP/IP+NIO
2.基于远程调用方式实现系统间的通信
可通过调用一个本地的java接口的方法，透明的调用远程的java实现。具体细节则由java或框架来完成，这种方法主要用来实现基于RMI 和webservice的应用。
RMI的开源框架Spring RMI，webservice开源框架CXF，Axis等
二. IO模型概念理解
在进行网络编程时，我们常常见到
同步(Sync)/异步(Async)，阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)
四种调用方式：
同步：
所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。
也就是必须一件一件事做
,
等前一件做完了才能做下一件事。
例如普通
B/S
模式（同步）：提交请求
->
等待服务器处理
->
处理完毕返回
这个期间客户端浏览器不能干任何事
异步：
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。
例如 ajax请求（
异步）
:
请求通过事件触发
->
服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）
->
处理完毕
阻塞
阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起（线程进入非可执行状态，在这个状态下，cpu不会给线程分配时间片，即线程暂停运行）。函数只有在得到结果之后才会返回。
有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来，实际上他是不同的。对于同
步调用来说，很多时候当前线程还是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回而已。
例如，我们在s
ocket
中调用r
ecv
函数，如果缓冲区中没有数
据，这个函数就会一直等待，直到有数据才返回。而此时，当前线程还会继续处理各种各样的消息。
非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。
对象的阻塞模式和阻塞函数调用
对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性，但是并不是一一对应的。阻塞对象上可以有非阻塞的调用方式，我们可以通过一定的
API
去轮询状
态，在适当的时候调用阻塞函数，就可以避免阻塞。而对于非阻塞对象，调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数
select
就是这样的一个例子。
1. 同步，就是我调用一个功能，该功能没有结束前，我死等结果。
2. 异步，就是
我调用一个功能，
不需要知道该功能结果，该功能有结果后通知我（回调通知）
3. 阻塞， 就是调用我（函数），我
（函数）
没有接收完数据或者没有得到结果之前，我不会返回。
4. 非阻塞， 就是调用我
（函数）
，我
（函数）
立即返回，
通过select通知调用者
同步IO和异步IO的区别就在于：
数据拷贝的时候进程是否阻塞！
阻塞IO和非阻塞IO的区别就在于：
应用程序的调用是否立即返回！
对于举个简单c/s 模式：
同步：
提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回这个期间客户端浏览器不能干任何事
异步：
请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕
同步和异步都只针对于本机SOCKET而言的。
同步和异步,阻塞和非阻塞,有些混用,其实它们完全不是一回事,而且它们修饰的对象也不相同。
阻塞和非阻塞是指
当进程访问的数据如果尚未就绪
,进程是否需要等待
,
简单说这相当于函数内部的实现区别
,也就是未就绪时是直接返回还是等待就绪;
（函数内部的实现）
同步和异步是
指访问数据的机制
,同步一般指主动请求并等待I/O操作完毕的方式,当数据就绪后在读写的时候必须阻塞(区别就绪与读写二个阶段,同步的读写必须阻塞),异步则指主动请求数据后便可以继续处理其它任务,随后等待I/O,操作完毕的通知,这可以使进程在数据读写时也不阻塞。(等待”通知”)
（实际的IO操作）
1. Linux下的五种I/O模型
1)阻塞I/O（blocking I/O）
2)非阻塞I/O （nonblocking I/O）
3) I/O复用(select 和poll) （I/O multiplexing）
4)信号驱动I/O （signal driven I/O (SIGIO)）
5)异步I/O （asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)）
前四种都是同步，只有最后一种才是异步IO。
阻塞I/O模型：
简介：进程会
一直阻塞
，直到数据拷贝完成
应用程序调用一个IO函数，导致应用程序阻塞，等待数据准备好。 如果数据没有准备好，一直等待….数据准备好了，从内核拷贝到用户空间,IO函数返回成功指示。
阻塞I/O模型图：
在调用recv()/recvfrom（）函数时，发生在内核中等待数据和复制数据的过程。
当调用recv()函数时，系统首先查是否有准备好的数据。如果数据没有准备好，那么系统就处于等待状态。当数据准备好后，将数据从系统缓冲区复制到用户空间，然后该函数返回。在套接应用程序中，当调用recv()函数时，未必用户空间就已经存在数据，那么此时recv()函数就会处于等待状态。
当使用socket()函数和WSASocket()函数创建套接字时，默认的套接字都是阻塞的。这意味着当调用Windows Sockets API不能立即完成时，线程处于等待状态，直到操作完成。
并不是所有Windows Sockets API以阻塞套接字为参数调用都会发生阻塞。例如，以阻塞模式的套接字为参数调用bind()、listen()函数时，函数会立即返回。将可能阻塞套接字的Windows Sockets API调用分为以下四种:
1．输入操作： recv()、recvfrom()、WSARecv()和WSARecvfrom()函数。以阻塞套接字为参数调用该函数接收数据。如果此时套接字缓冲区内没有数据可读，则调用线程在数据到来前一直睡眠。
2．输出操作： send()、sendto()、WSASend()和WSASendto()函数。以阻塞套接字为参数调用该函数发送数据。如果套接字缓冲区没有可用空间，线程会一直睡眠，直到有空间。
3．接受连接：accept()和WSAAcept()函数。以阻塞套接字为参数调用该函数，等待接受对方的连接请求。如果此时没有连接请求，线程就会进入睡眠状态。
4．外出连接：connect()和WSAConnect()函数。对于TCP连接，客户端以阻塞套接字为参数，调用该函数向服务器发起连接。该函数在收到服务器的应答前，不会返回。这意味着TCP连接总会等待至少到服务器的一次往返时间。
使用阻塞模式的套接字，开发网络程序比较简单，容易实现。当希望能够立即发送和接收数据，且处理的套接字数量比较少的情况下，使用阻塞模式来开发网络程序比较合适。
阻塞模式套接字的不足表现为，在大量建立好的套接字线程之间进行通信时比较困难。当使用“生产者-消费者”模型开发网络程序时，为每个套接字都分别分配一个读线程、一个处理数据线程和一个用于同步的事件，那么这样无疑加大系统的开销。其最大的缺点是当希望同时处理大量套接字时，将无从下手，其扩展性很差
非阻塞IO模型
简介：非阻塞IO通过进程反复调用IO函数（
多次系统调用，并马上返回
）；
在数据拷贝的过程中，进程是阻塞的
；
我们把一个SOCKET接口设置为非阻塞就是告诉内核，当所请求的I/O操作无法完成时，不要将进程睡眠，而是返回一个错误。这样我们的I/O操作函数将不断的测试数据是否已经准备好，如果没有准备好，继续测试，直到数据准备好为止。在这个不断测试的过程中，会大量的占用CPU的时间。
把
SOCKET
设置为非阻塞模式，即通知系统内核：在调用Windows Sockets API时，不要让线程睡眠，而应该让函数立即返回。在返回时，该函数返回一个错误代码。图所示，一个非阻塞模式套接字多次调用recv()函数的过程。前三次调用recv()函数时，内核数据还没有准备好。因此，该函数立即返回WSAEWOULDBLOCK错误代码。第四次调用recv()函数时，数据已经准备好，被复制到应用程序的缓冲区中，recv()函数返回成功指示，应用程序开始处理数据。
当使用socket()函数和WSASocket()函数创建套接字时，默认都是阻塞的。在创建套接字之后，通过调用ioctlsocket()函数，将该套接字设置为非阻塞模式。Linux下的函数是:fcntl().
套接字设置为非阻塞模式后，在调用Windows Sockets API函数时，调用函数会立即返回。大多数情况下，这些函数调用都会调用“失败”，并返回WSAEWOULDBLOCK错误代码。说明请求的操作在调用期间内没有时间完成。通常，应用程序需要重复调用该函数，直到获得成功返回代码。
需要说明的是并非所有的Windows Sockets API在非阻塞模式下调用，都会返回WSAEWOULDBLOCK错误。例如，以非阻塞模式的套接字为参数调用bind()函数时，就不会返回该错误代码。当然，在调用WSAStartup()函数时更不会返回该错误代码，因为该函数是应用程序第一调用的函数，当然不会返回这样的错误代码。
要将套接字设置为非阻塞模式，除了使用ioctlsocket()函数之外，还可以使用WSAAsyncselect()和WSAEventselect()函数。当调用该函数时，套接字会自动地设置为非阻塞方式。
由于使用非阻塞套接字在调用函数时，会经常返回WSAEWOULDBLOCK错误。所以在任何时候，都应仔细检查返回代码并作好对“失败”的准备。应用程序连续不断地调用这个函数，直到它返回成功指示为止。上面的程序清单中，在While循环体内不断地调用recv()函数，以读入1024个字节的数据。这种做法很浪费系统资源。
要完成这样的操作，有人使用MSG_PEEK标志调用recv()函数查看缓冲区中是否有数据可读。同样，这种方法也不好。因为该做法对系统造成的开销是很大的，并且应用程序至少要调用recv()函数两次，才能实际地读入数据。较好的做法是，使用套接字的“I/O模型”来判断非阻塞套接字是否可读可写。
非阻塞模式套接字与阻塞模式套接字相比，不容易使用。使用非阻塞模式套接字，需要编写更多的代码，以便在每个Windows Sockets API函数调用中，对收到的WSAEWOULDBLOCK错误进行处理。因此，非阻塞套接字便显得有些难于使用。
但是，非阻塞套接字在控制建立的多个连接，在数据的收发量不均，时间不定时，明显具有优势。这种套接字在使用上存在一定难度，但只要排除了这些困难，它在功能上还是非常强大的。通常情况下，可考虑使用套接字的“I/O模型”，它有助于应用程序通过异步方式，同时对一个或多个套接字的通信加以管理。
IO复用模型：
简介：主要是select和epoll；对一个IO端口，两次调用，两次返回，比阻塞IO并没有什么优越性；关键是能实现同时对多个IO端口进行监听；
I/O复用模型会用到select、poll、epoll函数，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操作函数
。
信号驱动IO
简介：两次调用，两次返回；
首先我们允许套接口进行信号驱动I/O,并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。
异步IO模型
简介：数据拷贝的时候进程无需阻塞。
当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者的输入输出操作
同步IO引起进程阻塞，直至IO操作完成。
异步IO不会引起进程阻塞。
IO复用是先通过select调用阻塞。
5个I/O模型的比较：
三. IO多路复用的几种典型：select、poll、epoll简介
epoll跟select都能提供多路I/O复用的解决方案。在现在的Linux内核里有都能够支持，其中epoll是Linux所特有，而select则应该是POSIX所规定，一般操作系统均有实现
select：
select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。这样所带来的缺点是：
1、 单个进程可监视的fd数量被限制，即能监听端口的大小有限。
一般来说这个数目和系统内存关系很大，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位机默认是1024个。64位机默认是2048.
2、 对socket进行扫描时是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低：
当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度,不管哪个Socket是活跃的,都遍历一遍。这会浪费很多CPU时间。如果能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是epoll与kqueue做的。
3、需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大
poll：
poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。
它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的，但是同样有一个缺点：
1、大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。 2、poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd。
epoll（event poll）:
epoll支持水平触发和边缘触发，最
大的特点在于边缘触发，它只告诉进程哪些fd刚刚变为就需态，并且只会通知一次
。还有一个特点是，epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知
epoll的优点：
1、没有最大并发连接的限制，
能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）；
2、效率提升
，不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。只有活跃可用的FD才会调用callback函数；
即Epoll最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中，Epoll的效率就会远远高于select和poll。
3、 内存拷贝
，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销。
select、poll、epoll 区别总结：
1、支持一个进程所能打开的最大连接数
|
select |
单个进程所能打开的最大连接数有FD_SETSIZE宏定义，其大小是32个整数的大小（在32位的机器上，大小就是32*32，同理64位机器上FD_SETSIZE为32*64），当然我们可以对进行修改，然后重新编译内核，但是性能可能会受到影响，这需要进一步的测试。 |
|
poll |
poll本质上和select没有区别，但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的 |
|
epoll |
虽然连接数有上限，但是很大，1G内存的机器上可以打开10万左右的连接，2G内存的机器可以打开20万左右的连接 |
2、FD剧增后带来的IO效率问题
|
select |
因为每次调用时都会对连接进行线性遍历，所以随着FD的增加会造成遍历速度慢的“线性下降性能问题”。 |
|
poll |
同上 |
|
epoll |
因为epoll内核中实现是根据每个fd上的callback函数来实现的，只有活跃的socket才会主动调用callback，所以在活跃socket较少的情况下，使用epoll没有前面两者的线性下降的性能问题，但是所有socket都很活跃的情况下，可能会有性能问题。 |
3、 消息传递方式
|
select |
内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作 |
|
poll |
同上 |
|
epoll |
epoll通过内核和用户空间共享一块内存来实现的。 |
总结：
综上，在选择select，poll，epoll时要根据具体的使用场合以及这三种方式的自身特点。
1、表面上看epoll的性能最好，但是在连接数少并且连接都十分活跃的情况下，select和poll的性能可能比epoll好，毕竟epoll的通知机制需要很多函数回调。
2、
select低效是因为每次它都需要轮询。但低效也是相对的，视情况而定，也可通过良好的设计改善
参考：http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7453390
http://www.blogjava.net/killme2008/archive/2012/09/17/295743.html