Netty入门学习笔记（二）--初尝IO

学前准备

学习 Netty 需要一定的 java 基础，特别是有关 IO 方面的知识，了解基本的 IO 模型，特别是 NIO 模型（Netty 以 NIO 作为基础进行封装），更好的理解 Netty 的基本原理。

IO 模型介绍

BIO（同步阻塞IO）

BIO 介绍

BIO 是 JDK 1.4 前使用的网络 IO 模型，但由于其每个客户端连接都为一个其分配一个线程的特性，并且每个连接并非都是在传输数据，造成服务器资源大量的消耗。

改进点：在此基础上新增一个线程池，可以保证一定程度上减少资源消耗，但依旧无法解决无效连接问题。

BIO 模型

BIO使用场景

BIO 由于其阻塞的特性，实际生产中使用场景较少。

1. 适合极少人用，但是每次使用都传输大量数据的场景。

NIO(同步非阻塞IO)

NIO 介绍

NIO （同步非阻塞IO），也叫做 New IO 或者 Non IO。NIO 解决了 BIO 存在的资源浪费问题，不再是一个连接对应服务器一个线程。而是引入 selector、channel、Buffer 等组件，支持一个线程管理多个客户端。
简单理解：Selector 是一个轨道总控制室，Channel 是铁路轨道，Buffer是火车。火车开进轨道后，轨道就通知轨道总控制室，这时轨道总控制室就知道哪条轨道在使用。

Selector（选择器）

选择器，监听 channel 通道中的事件。如果 channel 中有事件推送，感知后处理该通道数据。

Channel（通道）

Channel 通道，与 Buffer 是一对一关系。Channel 提供的 read 和 write 方法都可以将通道中数据读和写到 Buffer 中。

Buffer（缓冲区）

Buffer 缓存区，与 BIO 不同，BIO 中一次只能使用一种，要么是输入流，要么是输出流。Buffer 则即可写也可读，在需要写操作是，调用 filp 方法进行状态切换。

NIO 模型

NIO使用场景

1. 大量连接的应用，比如：应用服务器

AIO（异步非阻塞的IO）

AIO 介绍

AIO 才是真正意义异步操作，用户在发起请求后，在操作系统内核对请求数据进行处理，处理完毕后在通知应用程序，充分利用操作系统提供的并发能力，将异步操作收益最大化。

补充：
平时所说的异步编程，基本上是说 NIO 方面的编写。

AIO 模型

AIO使用场景

AIO 属于真正意义的的异步编程。其适用场景主要在需要操作系统支持的场景。

1. 文件服务器：需要操作系统去支持去读取或操作文件等

额外学习

操作系统中内核态与用户态是啥？

内核态与用户态可以理解为一个是管理员权限和一个是用户权限

用户态：

操作范围只能在内存中，由于是内存中操作，读写速度极快，但是无法操作内存以外的能力。

内核态：

可以调用硬件外设，比如：硬盘等。读写速度较慢，操作范围广。

有时候系统响应速度慢，可能的原因是线程在内核态与用户态间频繁切换，造成资源浪费。

什么是同步IO与异步IO？

同步IO：

客户端发起 IO 请求后。这时，用户态是没有权限去操作磁盘，需要切换到内核态，内核态操作磁盘将数据拷贝到用户空间（内存），最后切换回用户态进行数据处理。

简单来说：同步 IO 需要操作系统将数据准备好后，才可以进行下一步操作。

异步IO：

客户端发起 IO 请求后，用户线程从用户态切换内核态这个不变。但是线程继续执行，不阻塞，直到内核态将 IO 操作数据准备完毕后，通知用户线程或者通知某个回调函数。内核态操作 IO 期间，用户线程不需要阻塞等待内核态 IO 完成。

简单来说：异步 IO 提交后，无需阻塞等待，只需在 IO 操作完成后通知自己，在进行后续处理。