Netty学习之I/O 模型和Java NIO 编程

1）Java 共支持 3 种网络编程模型/IO 模式： BIO、 NIO、 AIO,2）Java BIO ： 同步并阻塞(传统阻塞型)， 服务器实现模式为一个连接一个线程， 即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理， 如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销,3）Java NIO ： 同步非阻塞， 服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)， 即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上， 多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理。,4）Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞， AIO 引入异步通道的概念， 采用了 Proactor 模式， 简化了程序编写， 有效的请求才启动线程， 它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理， 一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。,1）BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构， 这种方式对服务器资源要求比较高， 并发局限于应用中， JDK1.4以前的唯一选择， 但程序简单易理解。,2）NIO 方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作） 的架构， 比如聊天服务器， 弹幕系统， 服务器间通讯等。编程比较复杂， JDK1.4 开始支持。,3.3.1 Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系图,,输出流, 不能双向， 但是 NIO 的 Buffer 是可以读也可以写, 需要 flip 方法切换,channel 是双向的, 可以返回底层操作系统的情况, 比如 Linux ， 底层的操作系统,通道就是双向的,缓冲区（Buffer） ： 缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块， 可以理解成是一个容器对象(含数组)， 该对象提供了一组方法， 可以更轻松地使用内存块，缓冲区对象内置了一些机制， 能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。 Channel 提供从文件、 网络读取数据的渠道， 但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer， 如图:,,,2)Buffer 类相关方法一览,,3.4.3 ByteBuffer,,基本介绍, 通道可以同时进行读写， 而流只能读或者只能写, 通道可以实现异步读写数据, 通道可以从缓冲读数据， 也可以写数据到缓冲:,,public static Selector open()：得到一个选择器对象,public int select(long timeout)：监控所有注册的通道，当其中IO操作可以进行时，将对应的SelectionKey加入到内部集合中返回，参数为超时时间,public Set<SlectionKey> selectedKeys()：从内部集合中得到所有的SlectionKey,selector.select() //阻塞,selector.select(1000) //阻塞1000s,selector.wakeup(); //唤醒 selector,selector.selectNow(); //不阻塞， 立马返还,NIO 非阻塞 网络编程相关的(Selector、 SelectionKey、 ServerScoketChannel 和 SocketChannel) 关系梳理图,,SelectionKey， 表示 Selector 和网络通道的注册关系, 共四种:,int OP_ACCEPT： 有新的网络连接可以 accept， 值为 16,int OP_CONNECT： 代表连接已经建立， 值为 8,int OP_READ： 代表读操作， 值为 1,int OP_WRITE： 代表写操作， 值为 4,,ServerSocketChannel 在服务器端监听新的客户端 Socket 连接,,SocketChannel，网络 IO 通道，具体负责进行读写操作。NIO 把缓冲区的数据写入通道， 或者把通道里的数据读到缓冲区。,,,DMA: direct memory access 直接内存拷贝(不使用 CPU),,,系统调用：需要进行线程上下文切换，但不是进程上下文切换,Linux 在 2.4 版本中， 做了一些修改， 避免了从内核缓冲区拷贝到 Socket buffer 的操作， 直接拷贝到协议栈，从而再一次减少了数据拷贝。,,这里还是有一次少量数据的CPU拷贝,kernel buffer → socket buffer,拷贝的信息很少，比如length，offset等，消耗很低，可以忽略。