注：本文内容部分摘自《Netty 4 核心原理与手写 RPC 实践》

在 UNIX 的设计哲学中，一切皆文件。文件就是一串二进制流。对文件的操作包括有：读、写、打开、关闭 等。计算机对这些流进行数据的收发操作，简称为 IO（Input and Output）操作。 IO 的种类：内存 IO、网络IO、磁盘IO。

同步和异步是指 CPU 时间片的使用，主要看请求发起方对消息结果的获取是主动发起的，还是被动通知的。如果是服务方在处理完成后主动告知请求方，那么就是异步。异步通知的方式一般通过状态改变、消息通知或者回调函数来完成，大多时候采用的都是回调函数。

阻塞和非阻塞通常指对 IO 的操作。阻塞就是当我们发起一个请求调用时，在请求结果返回之前，如果当前线程是处于挂起状态，那么就是阻塞。如果是运行状态，那么就是非阻塞。

应用程序发起调用 recvfrom -> 内核准备数据->数据就绪->数据从内核拷贝到用户空间。

在阻塞 I/O 的场景中，当调用 InputStread.read() 方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来（或超时）时才会返回；同样，在调用 SeverSocket.accept() 方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回，每个客户端连接成功后，服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。 阻塞 I/O 的缺点：

应用程序发起调用 recvfrom -> 内核返回数据准备结果 -> 重复 recvfrom… -> 数据就绪->数据从内核拷贝到用户空间。 相较于同步阻塞，同步非阻塞会在被调用之后即刻返回一个结果。当用户进程发起 read 操作时，如果内核中的数据还没有准备好，那么它不会阻塞进程而是立刻返回一个 error。

多个进程可以注册到一个 Selector（复用器）上，当用户进程调用该 Selector，Selector 会监听注册进来的所有 I/O，如果 Selector 监听的所有 I/O 在内核缓冲区都没有可读数据，select 调用进程会被阻塞，而当任一 I/O 在内核缓冲区有可读数据时，select 调用就会返回，而后 select 调用进程可以自己或通知另外的进程再次发起读取 I/O，读取内核中准备好的数据。多个进程注册 I/O 后，只有一个 select 调用进程被阻塞。

目前流行的多路复用 I/O 的实现主要包括四种：select、poll、epoll、kqueue。 多路复用 I/O 技术最适用的是『高并发』场景，所谓『高并发』是指 1ms 内至少同时有上千个连接请求准备好。 Java NIO 是从 JDK 1.4 开始使用的。下面是 Java NIO 的工作原理：

异步 IO 的工作机制：用户进程发起 aio_read 操作，给内核传递与 read 相同的描述符、缓冲区指针、缓冲区大小三个参数及文件偏移，告诉内核当整个操作完成时，如何通知我们立刻就可以开始去做其他的事。

阻塞：当一个线程调用 read() 或 write() 时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读出，或者数据完全写入。该线程在此期间不能再做任何事情。

非阻塞：一个线程从某通道（Channel）发送请求读取/写入数据，这个线程同时可以去做其他事情。线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个通道。

选择器（Selector）允许一个线程监听多个通道。可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来选择通道。

NIO 可以只使用一个线程来管理多个通道（网络连接或文件）。

JDK 1.7 开始实现了真正的异步 AIO、把 IO 读写操作完全交给操作系统，学习了 Linux Epoll 模式。

在多路 IO 复用模型中，事件循环将文件句柄的状态事件通知给用户线程，由用户线程自行读取数据、处理数据。而在 AIO 模型中，当用户线程收到通知时，数据已经被内核读取完毕，并放在了用户线程指定的缓冲区内，内核在 IO 完成后通知用户线程直接使用即可。

AIO 模型使用 Proactor 设计模式实现这一机制。