UNIX 系统下的 I/O 模型有 5 种：同步阻塞 I/O、同步非阻塞 I/O、I/O 多路复用、信号驱动 I/O 和异步 I/O。这些名词我们好像都似曾相识，但这些 I/O 通信模型有什么区别？同步和阻塞似乎是一回事，到底有什么不同？等一下，在这之前你是不是应该问自己一个终极问题：什么是 I/O？为什么需要这些 I/O 模型？
所谓的 I/O 就是计算机内存与外部设备之间拷贝数据的过程。我们知道 CPU 访问内存的速度远远高于外部设备，因此 CPU 是先把外部设备的数据读到内存里，然后再进行处理。请考虑一下这个场景，当你的程序通过 CPU 向外部设备发出一个读指令时，数据从外部设备拷贝到内存往往需要一段时间，这个时候 CPU 没事干了，你的程序是主动把 CPU 让给别人？还是让 CPU 不停地查：数据到了吗，数据到了吗……
这就是 I/O 模型要解决的问题。今天我会先说说各种 I/O 模型的区别，然后重点分析 Tomcat 的 NioEndpoint 组件是如何实现非阻塞 I/O 模型的。
Java I/O 模型
对于一个网络 I/O 通信过程，比如网络数据读取，会涉及两个对象，一个是调用这个 I/O 操作的用户线程，另外一个就是操作系统内核。一个进程的地址空间分为用户空间和内核空间，用户线程不能直接访问内核空间。
当用户线程发起 I/O 操作后，网络数据读取操作会经历两个步骤：
- 用户线程等待内核将数据从网卡拷贝到内核空间
- 内核将数据从内核空间拷贝到用户空间
各种 I/O 模型的区别就是：它们实现这两个步骤的方式是不一样的。
同步阻塞 I/O：用户线程发起 read 调用后就阻塞了，让出 CPU。内核等待网卡数据到来，把数据从网卡拷贝到内核空间，接着把数据拷贝到用户空间，再把用户线程叫醒。
同步非阻塞 I/O：用户线程不断的发起 read 调用，数据没到内核空间时，每次都返回失败，直到数据到了内核空间，这一次 read 调用后，在等待数据从内核空间拷贝到用户空间这段时间里，线程还是阻塞的，等数据到了用户空间再把线程叫醒。
I/O 多路复用：用户线程的读取操作分成两步了，线程先发起 select 调用，目的是问内核数据准备好了吗？等内核把数据准备好了，用户线程再发起 read 调用。在等待数据从内核空间拷贝到用户空间这段时间里，线程还是阻塞的。那为什么叫 I/O 多路复用呢？因为一次 select 调用可以向内核查多个数据通道（Channel）的状态，所以叫多路复用。
异步 I/O：用户线程发起 read 调用的同时注册一个回调函数，read 立即返回，等内核将数据准备好后，再调用指定的回调函数完成处理。在这个过程中，用户线程一直没有阻塞。
NioEndpoint 组件
Tomcat 的 NioEndpoint 组件实现了 I/O 多路复用模型，接下来我会介绍 NioEndpoint 的实现原理，下一期我会介绍 Tomcat 如何实现异步 I/O 模型。
总体工作流程
我们知道，对于 Java 的多路复用器的使用，无非是两步：
- 创建一个 Selector，在它身上注册各种感兴趣的事件，然后调用 select 方法，等待感兴趣的事情发生。
- 感兴趣的事情发生了，比如可以读了，这时便创建一个新的线程从 Channel 中读数据。
Tomcat 的 NioEndpoint 组件虽然实现比较复杂，但基本原理就是上面两步。我们先来看看它有哪些组件，它一共包含 LimitLatch、Acceptor、Poller、SocketProcessor 和 Executor 共 5 个组件，它们的工作过程如下图所示。
LimitLatch 是连接控制器，它负责控制最大连接数，NIO 模式下默认是 10000，达到这个阈值后，连接请求被拒绝。
Acceptor 跑在一个单独的线程里，它在一个死循环里调用 accept 方法来接收新连接，一旦有新的连接请求到来，accept 方法返回一个 Channel 对象，接着把 Channel 对象交给 Poller 去处理。