diff --git a/docs/Netty/IOTechnologyBase/把被说烂的BIO、NIO、AIO再从头到尾扯一遍.md b/docs/Netty/IOTechnologyBase/把被说烂的BIO、NIO、AIO再从头到尾扯一遍.md index 0f7d87f..ab8e8a1 100644 --- a/docs/Netty/IOTechnologyBase/把被说烂的BIO、NIO、AIO再从头到尾扯一遍.md +++ b/docs/Netty/IOTechnologyBase/把被说烂的BIO、NIO、AIO再从头到尾扯一遍.md @@ -14,7 +14,9 @@ Java中将输入输出抽象称为流,就好像水管,将两个容器连接 所以,如果要想提高IO效率,需要降低等待的时间。 ##### 2.1 阻塞IO(Blocking I/O) 在内核将数据准备好之前,系统调用会一直等待所有的套接字(Socket),默认的是阻塞方式。 -![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20191121192630209.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + +![avatar](/images/Netty/阻塞IO模型.png) + Java中的socket.read()会调用native read(),而Java中的native方法会调用操作系统底层的dll,而dll是C/C++编写的,图中的recvfrom其实是C语言socket编程中的一个方法。所以其实我们在Java中调用socket.read()最后也会调用到图中的recvfrom方法。 应用程序(也就是我们的代码)想要读取数据就会调用recvfrom,而recvfrom会通知OS来执行,OS就会判断数据报是否准备好(比如判断是否收到了一个完整的UDP报文,如果收到UDP报文不完整,那么就继续等待)。当数据包准备好了之后,OS就会将数据从内核空间拷贝到用户空间(因为我们的用户程序只能获取用户空间的内存,无法直接获取内核空间的内存)。拷贝完成之后socket.read()就会解除阻塞,并得到read的结果。 @@ -25,7 +27,9 @@ BIO中的阻塞,就是阻塞在2个地方: 在这2个时候,我们的BIO程序就是占着茅坑不拉屎,啥事情都不干。 ##### 2.2 非阻塞IO(Noblocking I/O) -![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20191121193031873.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + +![avatar](/images/Netty/非阻塞IO模型.png) + 每次应用进程询问内核是否有数据报准备好,当有数据报准备好时,就进行拷贝数据报的操作,从内核拷贝到用户空间,和拷贝完成返回的这段时间,应用进程是阻塞的。但在没有数据报准备好时,并不会阻塞程序,内核直接返回未准备就绪的信号,等待应用进程的下一个轮寻。但是,轮寻对于CPU来说是较大的浪费,一般只有在特定的场景下才使用。 Java的NIO就是采用这种方式,当我们new了一个socket后我们可以设置它是非阻塞的。比如: @@ -43,20 +47,26 @@ serverSocketChannel.configureBlocking(false); **BIO 不会在recvfrom(询问数据是否准备好)时阻塞,但还是会在将数据从内核空间拷贝到用户空间时阻塞。一定要注意这个地方,Non-Blocking还是会阻塞的。** ##### 2.3 IO多路复用(I/O Multiplexing) -![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20191121194503981.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + +![avatar](/images/Netty/IO复用模型.png) + 传统情况下client与server通信需要一个3个socket(客户端的socket,服务端的serversocket,服务端中用来和客户端通信的socket),而在IO多路复用中,客户端与服务端通信需要的不是socket,而是3个channel,通过channel可以完成与socket同样的操作,channel的底层还是使用的socket进行通信,但是多个channel只对应一个socket(可能不只是一个,但是socket的数量一定少于channel数量),这样仅仅通过少量的socket就可以完成更多的连接,提高了client容量。 其中,不同的操作系统,对此有不同的实现: Windows:selector Linux:epoll Mac:kqueue -其中epoll,kqueue比selector更为高效,这是因为他们监听方式的不同。selector的监听是通过轮询FD_SETSIZE来问每一个socket:“你改变了吗?”,假若监听到时间,那么selector就会调用相应的时间处理器进行处理。但是epoll与kqueue不同,他们把socket与事件绑定在一起,当监听到socket变化时,立即可以调用相应的处理。 +其中epoll,kqueue比selector更为高效,这是因为他们监听方式的不同。selector的监听是通过轮询FD_SETSIZE来问每一个socket:“你改变了吗?”,假若监听到事件,那么selector就会调用相应的事件处理器进行处理。但是epoll与kqueue不同,他们把socket与事件绑定在一起,当监听到socket变化时,立即可以调用相应的处理。 **selector,epoll,kqueue都属于Reactor IO设计。** ##### 2.4 信号驱动(Signal driven IO) -![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20191121195059827.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + +![avatar](/images/Netty/信号驱动IO模型.png) + 信号驱动IO模型,应用进程告诉内核:当数据报准备好的时候,给我发送一个信号,对SIGIO信号进行捕捉,并且调用我的信号处理函数来获取数据报。 ##### 2.5 异步IO(Asynchronous I/O) -![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20191121195315354.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + +![avatar](/images/Netty/异步IO模型.png) + Asynchronous IO调用中是真正的无阻塞,其他IO model中多少会有点阻塞。程序发起read操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。而在内核角度,当它受到一个asynchronous read之后,首先它会立刻返回,所以不会对用户进程产生任何block。然后,kernel会等待数据准备完成,然后将数据拷贝到用户内存,当这一切都完成之后,kernel会给用户进程发送一个signal,告诉它read操作完成了。 可以看出,阻塞程度:阻塞IO>非阻塞IO>多路转接IO>信号驱动IO>异步IO,效率是由低到高的。 @@ -75,10 +85,14 @@ acceptable readable writable 我们为每一种事件都编写一个处理器,然后设置每个socket要监听哪种情况,随后就可以调用对应的处理器。 + ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20191121200143647.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + 图中的input就可以当作socket,中间的Service Hanlder&event dispatch的作用就是监听每一个socket(需要实现把socket注册进来,并指定要监听哪种情况),然后给socket派发不同的事件。 ##### 3.2 Proactor + ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2019112120035031.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + Proactor与Reactor较为类似,以读取数据为例: **Reactor模式** @@ -210,9 +224,13 @@ Selector(选择器)用于监听多个通道的事件(比如:连接打开 但是,现代的操作系统和CPU在多任务方面表现的越来越好,所以多线程的开销随着时间的推移,变得越来越小了。实际上,如果一个CPU有多个内核,不使用多任务可能是在浪费CPU能力。 传统的IO处理方式,一个线程处理一个网络连接 + ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2019112120352588.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + NIO处理方式,一个线程可以管理过个网络连接 + ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20191121203602279.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDM4Mzk2,size_16,color_FFFFFF,t_70) + #### 2、NIO服务器端如何实现非阻塞? 服务器上所有Channel需要向Selector注册,而Selector则负责监视这些Socket的IO状态(观察者),当其中任意一个或者多个Channel具有可用的IO操作时,该Selector的select()方法将会返回大于0的整数,该整数值就表示该Selector上有多少个Channel具有可用的IO操作,并提供了selectedKeys()方法来返回这些Channel对应的SelectionKey集合(一个SelectionKey对应一个就绪的通道)。正是通过Selector,使得服务器端只需要不断地调用Selector实例的select()方法即可知道当前所有Channel是否有需要处理的IO操作。注:java NIO就是多路复用IO,jdk7之后底层是epoll模型。 #### 3、Java NIO的简单实现