一Netty框架--Java的IO演进

一Netty框架--Java的I/O演进

第一章 Java的I/O演进之路

1.1 I/O基础入门

Java1.4早期版本，对io支持不完善，存在如下问题：

buffer：没有数据缓冲区，io性能存在问题

channel：没有channel概念，只有输入InputStream和输出流OutputStream

同步阻塞：同步阻塞IO通信，会导致通信线程被长时间阻塞

支持字符集有限：支持有限，硬件移植性不好

1.1.1 Linux网络IO模型介绍

Linux内核将外部所有设备看作文件操作，对文件的读写操作，调用Linux内核提供的系统命令，返回file descriptor（fd，文件描述符）。对socket的读写也会有相应的描述符---socketfd。描述符作为一个数字，指向内核中一个结构体（文件路径、数据区等属性）。

UNIX网络编程对IO模型分类，为五种：

1 阻塞IO模型

常用的IO模型，默认情况，所有文件的读写都是阻塞模式。

以socket为例讲解此模型：

进程空间中调用recvfrom，系统调用直到数据包到达且被复制到应用进程的缓冲区中/或者发生错误，才返回。系统进程在调用recvfrom到返回，整个过程是阻塞的，所以称为阻塞IO模型。

2 非阻塞IO模型

​ recvfrom从应用层到内核的时候，如果缓冲区没有数据，直接返回EWOULDBLOCK错误，进程轮询检查该状态，循环调用recvfrom。

区别于阻塞IO模型:

​ 轮询方式检查EWOULDBLOCK状态，反复调用recvfrom。

3 IO复用模型

​ （1）Linux提供select/poll，进程将一个或多个fd先传递给select/poll，然后阻塞在select/poll上，其可以帮助检测fd是否处于就绪状态。

（select、poll，是顺序扫描fd，且支持fd数量有限，使用受到制约）

​ （2）Linux提供epoll系统调用，其使用基于事件驱动方式代替顺序扫描，性能更高；当有fd就绪，立即回调rollback。

与netty关系：

在netty中为epoll单独开启线程。

多路复用器selector能够实现非阻塞的IO操作。

4 信号驱动IO模型

略

5 异步IO模型

告知内核启动某个操作，在内核完成整个操作（将数据从内核复制到用户缓存区后），再通知我们。

区别于信号驱动模型：

​ 信号驱动IO由内核通知，何时开始进行IO操作的recvfrom；

​ 异步IO由内核通知，何时IO操作完成。

1.1.2 IO多路复用技术

技术适用：

​ 处理多个客户端接入请求，可以用多线程或者多路复用技术。

核心：

​ IO多路复用技术，通过把多个阻塞的IO，复用到一个select的阻塞线程上（select监听注册在其上的fd的就绪状态），使得系统可以在单线程的情况下处理多个客户端请求。

优势：

​ 系统开销小、系统不需要开启额外的线程和进程处理就绪的fd、不需要维护线程和进程（指select）、节省系统资源。

应用场景：

​ 1 server负责处理多个处于监听状态或者连接状态的套接字socket；

​ 2 server需要处理多种网络协议的套接字

Epoll与select的区别

​ select是轮询网络就绪事件，效率低。

​ epoll，需要注册fd到epoll，然后事件驱动方式监听就绪的fd，有事件通知，立即执行rollback回调。

epoll总结如下：

​ 1 epoll支持一个进程打开的socketfd数量不受限制；

​ 2 IO效率不会随着fd数量增加而下降（epoll只针对注册在其上的socket中活跃的，进行操作——epoll通过fd上的callback函数实现，只有活跃或者就绪状态的fd回去调用callback。因此，不需要像select中进行线性扫描那样的低效操作）。

​ 3 使用mmap（用户空间），加速了内核和用户空间缓存的消息传递

select、poll需要内核把fd消息通知给用户空间缓存，不必要的复制，影响性能。epoll通过内核和用户空间mmap同一块内存。

​ 4 epoll的api简单

创建epoll描述符、添加监听事件、阻塞等待，监听事件的发生、关闭epoll