NIO笔记（1）

NIO（同步非阻塞）基本架构

Selector、Channel、Buffer

• 每一个Channel对应一个Buffer，Channel是双向的
• 程序切换到Channel是由事件决定的，Event是一个重要的概念
• Selector对应一个线程，一个线程对应多个Channel
• Selector根据不同的事件，在各个通道上进行切换
• Buffer就是一个内存块，是双向的，底层是有一个数组
• 数据的读写是通过Buffer

理解非阻塞的概念（关注的是程序在等待调用结果(消息，返回值)时的状态）

从上图理解非阻塞：

• 一个线程通过Selector去轮询Channel里面的任务，如果某一个Channel里面有读写事件，就去处理这个任务，但是如果所有的Channel都没有需要处理的任务，则这个线程可以去做其他的事情。

• 一个线程请求写入一些数据到某通道，但是不需要等待它完全写入，这个线程可以去做其他的事情

比较异步和同步

• 同步和异步关注的是消息通信机制
• 所谓同步就是调用者进行调用后，在没有得到结果之前，该调用一直不会返回，但是一旦调用返回，就得到了返回值，同步就是指调用者主动等待调用结果；
• 而异步则相反，执行调用之后直接返回，所以可能没有返回值，等到有返回值时，由被调用者通过状态，通知来通知调用者．异步就是指被调用者来通知调用者调用结果就绪
• 所以，二者在消息通信机制上有所不同，一个是调用者检查调用结果是否就绪，一个是被调用者通知调用者结果就绪

NIO和BIO的一些区别

• BIO是以流的方式来处理数据的，而NIO是以块（Buffer）的方式来处理数据块的，因为NIO的效率比BIO高
• BIO是阻塞的，NIO是非阻塞的
• BIO是基于字节流和字符流进行操作的，而NIO是基于Channel（通道）和Buffer（缓冲区）进行操作的，数据总是从通道读取数据到缓冲区，或者从缓冲区写入到通道中。每个线程可以监听多个客户端的连接，而BIO需要建立和客户端数量一样多的线程。

Unix的I/O类型

• 阻塞I/O(bloking IO)

• 非阻塞I/O(nonblocking IO)

• 多路复用I/O(IO multiplexing)

• 信号驱动I/O(signal driven IO)

• 异步I/O(asynchronous IO)

前４种都是同步，只有最后一种是异步I/O.需要注意的是Java NIO依赖于Unix系统的多路复用I/O,对于I/O操作来说，它是同步I/O

• 阻塞I/O(bloking IO)
  

• 非阻塞I/O(nonblocking IO)
  

• 多路复用I/O(IO multiplexing)
  

• 信号驱动I/O(signal driven IO)

• 信号驱动I/O(signal driven IO)
  

多路复用I/O

与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。

I/O多路复用是指使用一个线程调用select和poll函数来检查多个文件描述符(Socket)的就绪状态，比如调用select和poll函数，传入多个文件描述符，如果有一个文件描述符就绪，则返回，否则阻塞直到超时

目前支持I/O多路复用的系统调用有 select，pselect，poll，epoll

select、poll、epoll简介

• select

函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，直到有描述符就绪（有数据 可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可），函数返回。当select函数返回后，可以通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。

• poll

poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。

• epoll

epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

小结

JAVA中的NIO对应linux中的IO多路复用，Reactor是一个使用了同步非阻塞的I/O多路复用机制的模式

参考文档：

• https://www.jianshu.com/p/dfd940e7fca2
• https://www.jianshu.com/p/1ccbc6a348db
• https://www.jianshu.com/p/8c368129c658