netty学习（一）IO模型

 

  1.引言

  网络IO模型一般分为同步，异步，阻塞，非阻塞，多路复用等。在学习各种IO模型前，我们先来理清这几种概念。

  2.同步与异步，阻塞与非阻塞

   同步与异步是针对应用程序与内核的交互而言的。同步过程中进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否完成。异步过程中进程触发IO操作以后，直接返回，做自己的事情，IO交给内核来处理，完成后内核通知进程IO完成。

  阻塞与非阻塞简单理解为需要做一件事能不能立即得到返回应答，如果不能立即获得返回，需要等待，那就阻塞了，否则就可以理解为非阻塞。

  

  同步阻塞IO：在此种方式下，用户进程在发起一个IO操作以后，必须等待IO操作的完成，只有当真正完成了IO操作以后，用户进程才能运行。JAVA传统的IO模型属于此种方式！

  同步非阻塞IO:在此种方式下，用户进程发起一个IO操作以后边可返回做其它事情，但是用户进程需要时不时的询问IO操作是否就绪，这就要求用户进程不停的去询问，从而引入不必要的CPU资源浪费。其中目前JAVA的NIO就属于同步非阻塞IO。

  异步阻塞IO：此种方式下是指应用发起一个IO操作以后，不等待内核IO操作的完成，等内核完成IO操作以后会通知应用程序，这其实就是同步和异步最关键的区别，同步必须等待或者主动的去询问IO是否完成，那么为什么说是阻塞的呢？因为此时是通过select系统调用来完成的，而select函数本身的实现方式是阻塞的，而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄，从而提高系统的并发性！

  异步非阻塞IO:在此种模式下，用户进程只需要发起一个IO操作然后立即返回，等IO操作真正的完成以后，应用程序会得到IO操作完成的通知，此时用户进程只需要对数据进行处理就好了，不需要进行实际的IO读写操作，因为真正的IO读取或者写入操作已经由内核完成了。目前Java中还没有支持此种IO模型。

  3.多路复用

  对于多路复用，也就是轮询多个socket。多路复用既然可以处理多个IO，也就带来了新的问题，多个IO之间的顺序变得不确定了，当然也可以针对不同的编号。具体流程，如下图所示：

 

  其中java.nio.channels.Selector是Java非阻塞IO实现的关键，这里的非阻塞不是指select系统调用时非阻塞的，当内核态执行系统调用时，如果此时没有socket连接，也就是没有数据写入，此时select系统调用是阻塞的，直到有socket连接，但是select可以同时处理很多的socket连接，所以被称为非阻塞IO，所以多路复用IO可以在一个线程中处理多个并发的连接。

  这种模型提供了更好的资源管理：

    1：使用较少的线程可以处理许多连接，因此也加少了内存管理和上下文切换所带来的开销；

    2：当没有IO操作需要处理的时候，线程也可以被用于其它任务，充分利用现有的空闲线程。