NIO入门笔记

一些术语：

poll：轮询

epoll：多路复用

阻塞：一直等待任务，有任务到来会被唤醒；

非阻塞忙轮询：一遍又一遍地询问有没有任务

IO阻塞：

（1）read：如果内核态缓冲区没有数据，那么将阻塞，如果内核态缓冲区从没有数据到有数据，就会唤醒阻塞的read线程；

（2）write：如果内核态缓冲区满了，无法在写入，此时将阻塞，如果内核态缓冲区从满状态到非满状态，就会唤醒阻塞的write线程。

IO模型：

（1）阻塞IO模型：这个模型有一个明显的缺点，就是一个线程只能处理一个IO操作，如果需要处理多个IO操作，就需要创建多个线程或者进程，这显然不可取；

（2）非阻塞忙轮询IO模型：轮询所有的流，如果可读取或写入，则执行，否则处理下一个流。这个模型有两个缺点：1.在所有流都不可读取和写入的时候，会造成CPU空转，浪费系统资源；2.不能执行处理可读取或写入的流，需要遍历所有的流并进行判断是否可读取或写入，再进行处理；

（3）select模型：对于上述的非阻塞忙轮询IO模型的CPU空转的缺点进行补充。

在所有流都不可读取和写入的时候，CPU会空转，那么引入一个select代理，用于检测所有流是否可读取和可写入，如果所有流都不可读取和写入，那么这个线程将阻塞，如果至少有一个流可读取或写入，那么就会将阻塞的线程唤醒。其实select模型下，维护一个fd_set数据结构（使用的是Bitmap位图算法），每一个元素与流关联，每次调用select()方法时，需要将这个数据结构拷贝到内核态，然后内核判断哪些流可读或可写，并写入到这个数据结构然后拷贝到用户态。因此 1.如果数据结构太大，在用户态和内核态之间拷贝会很耗性能；2.在内核态中，每次都要遍历这个数据结构的所有元素，比较耗性能；3.为了减少拷贝对性能的损害，内核对这个集合的大小做了限制（1024，大小不可修改）；

（4）poll模型：这个模型跟select模型类似，只是没有对fd_set数据结构集合的大小做限制，因此只解决了select模型的第三个缺点，第一、二个缺点依然存在；

（5）epoll模型：该模型基于事件驱动的方式，使用一个文件描述符来管理多个描述符，描述符的数量没有限制。每当fd就绪，就会调用系统注册的回调函数，将fd加入到readyList中。进行IO操作的时候，只需要遍历这个readyList，而不需要遍历所有的fd。因此解决了CPU空转、遍历所有fd、大集合在用户态和内核态之间拷贝的性能消耗的缺点。

	select	poll	epoll
操作方式	遍历	遍历	回调
底层实现	数组	链表	红黑树
IO效率	每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n)	每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n)	事件通知方式，每当fd就绪，系统注册的回调函数就会被调用，将就绪fd放到readyList里面，时间复杂度O(1)
最大连接数	1024（x86）或2048（x64）	无上限	无上限
fd拷贝	每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态	每次调用poll，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态	调用epoll_ctl时拷贝进内核并保存，之后每次epoll_wait不拷贝

epoll 是Linux目前大规模网络并发程序开发的首选模型

1、基本概念

一个线程可以处理多个请求(连接)，客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器 selector 上，多路复用 器轮询到连接有 IO 请求就进行处理，JDK1.4 开始引入。

应用场景：

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

NIO 有三大核心组件： Channel(通道)， Buffer(缓冲区)，Selector(多路复用器)

1、channel 类似于流，每个 channel 对应一个 buffer缓冲区，buffer 底层就是个数组

2、channel 会注册到 selector 上，由 selector 根据 channel 读写事件的发生将其交由某个空闲的线程处理

3、NIO 的 Buffer 和 channel 都是既可以读也可以写