本文将介绍内核空间与用户空间的区别，I/O模型的分类和原理。

用户空间和内核空间

在学习I/O之前，有必要了解用户空间和内核空间的概念，因为所有的I/O操作都牵涉到用户空间到内核空间的切换。下面看下什么是用户空间和内核空间：
1、用户空间
用户空间是常规进程所在的区域，什么是常规进程，打开任务管理器看到的就是常规进程：

2、内核空间
内核空间主要是指操作系统运行时所使用的用于程序调度、虚拟内存的使用或者连接硬件资源等的程序逻辑。内核代码有特别的权利，比如它能与设备控制器通讯，控制着整个用于区域进程的运行状态。

为什么要划分用户空间和内核空间？主要是为了保证操作系统的稳定性和安全性。用户程序不可以直接访问硬件资源，如果用户程序需要访问硬件资源，必须调用操作系统提供的接口，这个调用接口的过程也就是系统调用。每一次系统调用都会存在两个内存空间之间的相互切换，通常的网络传输也是一次系统调用，通过网络传输的数据先是从内核空间接收到远程主机的数据，然后再从内核空间复制到用户空间，供用户程序使用。

如何分配用户空间和内核空间的比例也是一个问题，是更多地分配给用户空间供用户程序使用，还是首先保住内核有足够的空间来运行，还是要平衡一下。在当前的Windows 32位操作系统中，默认用户空间：内核空间的比例是1:1，而在32位Linux系统中的默认比例是3:1（3GB用户空间、1GB内核空间）。

同步和异步、阻塞和非阻塞

IO的分类包括：同步IO、异步IO、阻塞IO和非阻塞IO。
1、同步和异步
同步和异步这个概念比较广，不仅仅是在I/O，其他的还有诸如同步调用/异步调用、同步请求/异步请求，都是一个意思。同步和异步，关注的是消息通信机制。

所谓同步，就是在发出一个"调用请求"时，在没有得到结果之前，该"调用请求"就不返回。换句话说，就是由"调用者"主动等待"调用"的结果。像我们平时写的，方法A调用Math.random()方法、方法B调用String.substring()方法都是同步调用，因为调用者主动在等待这些方法的返回。

所谓异步，则正好相反，"调用"发出之后，这个调用就直接返回了，所有没有返回结果。换句话说，当一个异步调用请求发出之后，调用者不会立刻得到结果。

2、阻塞和非阻塞
阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果时的状态。

阻塞调用指的是调用结果返回之前，当前线程会被挂起，调用线程只有在得到结果之后才会返回。

非阻塞调用指的是在不能立即得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

Linux网络I/O模型

由于绝大多数的Java应用都部署在Linux系统上，因此这里谈一下Linux网络I/O模型。分为5类：
1、阻塞I/O模型
阻塞I/O模型就是最常用的I/O模型，缺省情况下所有的文件操作都是阻塞的，以Socket来讲解此模型：在用户空间中调用recvfrom，其系统调用直到数据包到达且被复制到应用进程的缓冲区或者发生错误时才返回，在此期间会一直等待，进程在从调用recvfrom开始到它返回的整段时间内都是被阻塞的，因此被称为阻塞I/O。

3、I/O复用模型
Linux提供select/poll，进程通过将一个或者多个fd传递给select或poll系统调用，阻塞在select操作上，这样select/poll可以帮助我们侦测多个fd是否处于就绪状态。select/poll是顺序扫描fd是否就绪，而且支持的fd数量有限，因此它的使用受到了一些制约。Linux还提供了一个epoll系统调用，epoll使用基于事件驱动方式替代顺序扫描，因此性能更高。当有fd就绪时，立即会掉函数callback。

4、信号驱动I/O模型
首先开启Socket信号驱动I/O功能，并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数（此系统调用立即返回，进程继续工作，它是非阻塞的）。当数据准备就绪时，就为进程生成一个SIGIO信号，通过信号会掉通知应用程序调用recvfrom来读取数据，并通知主循环函数来处理数据。

BIO与NIO

BIO：同步阻塞IO。对应有两种Java模型，一种是1:1模型，一个连 接 对应一个线程；另外一种是M:N模型。如下图所示：

1:1 BIO

M:N BIO