Netty基础知识IO模型

总言：netty是一款基于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）开发的网络通信框架。

准备知识：IO，NIO

下面介绍四种I/O模型。

1、阻塞I/O模型：缺省情况下所有文件操作都是阻塞的。当一个线程去读取某个缓冲区时，如果缓冲区没有数据，那么这个线程会一致等待下去，这就是阻塞I/O。

伪代码如下：

{
// read阻塞 
  read(socket, buffer);
// 处理buffer 
  process(buffer);
}

2、非阻塞I/O模型： 用户线程不断发起IO请求. 数据未到达时系统返回一状态值; 数据到达后才真正读取数据。 用户线程每次请求IO都可以立即返回，但是为了拿到数据，需不断轮询，无谓地消耗了大量的CPU

一般很少直接使用这种模型，而是在其他IO模型中使用非阻塞IO这一特性

伪代码如下：

{
// read非阻塞
while(read(socket, buffer) != SUCCESS);
process(buffer);
}

3、I/O复用模型： IO多路复用建立在内核提供的阻塞函数select上

用户先将需要进行IO操作的socket添加到select中，然后等待阻塞函数select返回。当数据到达后，socket被激活，select返回，用户线程就能接着发起read请求。

伪代码如下：

{
    // 注册
    select(socket);
    // 轮询
    while(true) {
        // 阻塞
        sockets = select();
        // 数据到达, 解除阻塞
        for(socket in sockets) {
            if(can_read(socket)) {
            // 数据已到达, 那么socket阻不阻塞无所谓
　　　　　　　read(socket, buffer);
            process(buffer);
            }
        }
    }
}

看起来和加了循环的同步阻塞IO差不多?

实际上, 我们可以给select注册多个socket, 然后不断调用select读取被激活的socket，实现在同一线程内同时处理多个IO请求的效果.

至此, 同步阻塞(阻塞在select) / 同步非阻塞(IO没有阻塞) {不知道该怎么称呼}完成

更进一步, 我们把select轮询抽出来放在一个线程里, 用户线程向其注册相关socket或IO请求，等到数据到达时通知用户线程，则可以提高用户线程的CPU利用率.

这样, 便实现了异步方式。

IO多路复用是最常使用的IO模型，因其轮询select的线程会被阻塞, 异步程度还不够“彻底”, 所以常被称为异步阻塞IO

4、异步IO

真正的异步IO需要操作系统更强的支持。

IO多路复用模型中，数据到达内核后通知用户线程，用户线程负责从内核空间拷贝数据;

而在异步IO模型中，当用户线程收到通知时，数据已经被操作系统从内核拷贝到用户指定的缓冲区内，用户线程直接使用即可。

伪代码如下：

// 继承CompletionHandler, buffer为用户线程指定的缓冲区
void UserCompletionHandler::handle_event(buffer) {
    process(buffer);
}
// 调用异步的read函数
{
    aio_read(socket, new UserCompletionHandler);
}

相比于IO多路复用，异步IO并不常用，因为目前操作系统对异步IO的支持并不完善，IO多路复用也基本够用. 有很多做法是用IO多路复用模型模拟异步IO（IO事件触发时不直接通知用户线程，而是将数据读写完毕后放到用户指定的缓冲区中）。

JDK7已经支持了AIO, netty采用过又放弃了, 据说是性能并没有多路复用好.