什么是网络I/O?

网络I/O的4个要素

网络IO首先是一种I/O，按照我们上一节中对于“I/O”的定义，网络I/O也符合4个要素：

1.源头（source）：一台电脑的磁盘或内存；

2.目标（target）：另一台电脑的磁盘或内存；

3.通道（channel）：网线，WiFi等

4.液体（fluid）：数据（通常是字节形式）

5种不同的I/O模型

然而网络I/O相对与其他I/O更为复杂，因此Unix提供了5种不同的I/O模型，分别是

1. 阻塞I/O(blocking I/O)

2. 非阻塞I/O(non-blocking I/O)

3. I/O复用(I/O multiplexing)

4. 信号驱动式I/O(signal-driven I/O)

5. 异步I/O(asynchronous I/O)

image.png

BIO

让我们先从BIO，即阻塞IO(blocking I/O)说起：

通常网络I/O在建立链接后，数据的传输通常包括俩个阶段

• 阶段一：等待数据传输到本服务器；

• 阶段二：内核将接受到的数据由"内核缓冲区"复制到“应用缓冲区”；

对应阻塞IO而言，这两个阶段又被分为了4个步骤：

1. 用户的应用线程调用recvfrom，开始读取数据，进入阻塞状态；

2. 系统内核等待接收网络传输的数据；(阶段一)

3. 系统内核将传输的数据由内核缓冲区拷贝到应用缓冲区；（阶段二）

4. 应用进程从阻塞中恢复，读取应用缓冲区的数据；

备注：

1. “阻塞”可以理解为线程被内核“挂起”，让出CPU使用权，并等待被“唤醒”，重新获取CPU使用权；

2. recvfrom()为Unix函数，类似于在JAVA编程中，我们使用read()来读取网络传输的数据；

image.png

BIO的缺点：

1.在数据传输与复制过程中，线程都处于阻塞状态，因此在存在大量访问链接时，应用必须启用多个线程进行处理，系统需要为每个线程都分配相应的内存资源；

2.线程的切换成本是很高的。操作系统发生线程切换的时候，需要保留线程的上下文，然后执行系统调用。如果线程数过高，可能执行线程切换的时间甚至会大于线程执行的时间；

总结：BIO由于在数据传输与数据拷贝两个阶段，都需要阻塞线程，因此很难满足高并发，大量客户端同时访问服务端，传输数据的要求。因此在实际开发中，很少使用；或仅限于少量客户端链接的场景；

面试题：

BIO真的就一无是处了吗，哪些场景BIO的效率会更优秀呢？

答：我们说BIO是无法满足“大量链接”同时访问，传输数据的请求；但如果是链接数量较少，但单一链接的传输数据量较大的情况下，因为BIO省去了频繁询问的过程（这个后面NIO会讲），也是依然适用于这种模型的。