Netty与NIO超详细讲解 Netty与NIO超详细讲解

Linux下的五种I/O模型
阻塞IO的流程
IO复用
信号驱动I/O
异步IO
NIO
I0多路复用
NIO核心组件
使用Java原生API实现NIO操作
Redis为什么支持高并发

Linux下的五种I/O模型 1)阻塞I/O（blocking I/O）
2)非阻塞I/O （nonblocking I/O）
3) I/O复用(select 和poll) （I/O multiplexing）
4)信号驱动I/O （signal driven I/O (SIGIO)）
5)异步I/O （asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)）
前面四种都是同步io、第五种是异步IO；
阻塞式：当程序没有获取到数据的时候，整个应用可能会产生阻塞，放弃了CPU执行，无法去做其他事情。
非阻塞式：不管有没有获取到数据，都必须立马返回一个结果，如果没有获取到数据的情况下返回一个错误标记，根据错误的标记不断轮询。BIO属于阻塞式的io操作。可以使用多线程实现异步I0，同时处理多个请求。缺点:非常消耗服务器资源CPU

阻塞IO的流程 BIO属于阻塞式的io操作。
可以使用多线程实现异步IO，同时处理多个请求。缺点:非常消耗服务器资源CPU

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当我们在调用一个io函数的时候，如果没有获取到数据的情况下，那么就会一直等待；等待的过程中会导致整个应用程序一直是一个阻塞的过程，无法去做其他的实现。

IO复用 IO复用机制：IO实际指的就是网络的IO、多路也就是多个不同的tcp连接；复用也就是指使用同一个线程合并处理多个不同的IO操作，这样的话可以减少CPU资源。

信号驱动I/O 发出一个请求实现观察监听，当有数据的时候直接走我们异步回调；

异步IO 异步io也就是发出请求数据之后，剩下的事情完全实现异步完成
同步与异步
站在多线程的角度总结：
同步整个应用代码执行顺序是从上往下执行并且返回到结果；
异步：开启多个不同的分支实现并行执行每个线程互不影响；
站在web项目角度分析
默认的情况Http请求就是一个同步形式实现调用基于请求与响应，如果我们响应非常耗时的话，会导致客户端一直等待（用户体验非常不好）

NIO Java的nio是在Jdk1.4版本之后推出了一套新的io方案，这种io方案对原有io做了一次性能上的升级
NIO翻译成英文 no blocking io 简称为 nio 非阻塞io，不是new io。
比传统的io支持了面向缓冲区、基于通道实现的io的方案。
BIO 与 NIO 区别:
Bio是一个阻塞式的io,它是西向与流传输也就是根据每个字节实现传输效率非常低，
而我们的nio是雨向与缓冲区的非阻塞边.其中最大的亮点:运多路复用机制，

I0多路复用多路实际上指的是多个不同的 tcp 连接。
复用:一个线程可以维护多个不同的io操作。
优点:占用cpu资源非常小、保证线程安全问题。
IO 多路复用实现原理
使用一个Java案例来描述IO多路复用的思路：

public class SocketNioTcpServer {private static List listSocketChannel = new ArrayList<>(); private static ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512); public static void main(String[] args) {try {// 1.创建一个ServerSocketChannelServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); // 2. 绑定地址ServerSocketChannel bind = serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); serverSocketChannel.configureBlocking(false); while (true) {SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); if (socketChannel != null) {socketChannel.configureBlocking(false); listSocketChannel.add(socketChannel); }for (SocketChannel scl : listSocketChannel) {try {int read = scl.read(byteBuffer); if (read > 0) {byteBuffer.flip(); Charset charset = Charset.forName("UTF-8"); String receiveText = charset.newDecoder().decode(byteBuffer.asReadOnlyBuffer()).toString(); System.out.println("receiveText:" + receiveText); }} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); }}}} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); }}}

NIO核心组件通道（Channel）
通常我们nio所有的操作都是通过通道开始的，所有的通道都会注册到统一个选择器(Selector)上实现管理，在通过选择器将数据统一写入到 buffer中。
缓冲区(Buffer)
Buffer本质上就是一块内存区，可以用来读取数据，也就先将数据写入到缓冲区中、在统一的写入到硬盘上。
选择器(Selector)
Selector可以称做为选择器，也可以把它叫做多路复用器，可以在单线程的情况下可以去维护多个Channel，也可以去维护多个连接；

使用Java原生API实现NIO操作

public class NIOServer {/*** 创建一个选择器*/private Selector selector; public void initServer(int port) throws IOException {// 获得一个ServerSocketChannel通道ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); // 设置通道为非阻塞serverSocketChannel.configureBlocking(false); // 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port)); // 获得一个通道管理器this.selector = Selector.open(); // 将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后，// 当该事件到达时，selector.select()会返回，如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); }public void listen() throws IOException {System.out.println("服务端启动成功！"); // 轮询访问selectorwhile (true) {// 当注册的事件到达时，方法返回；否则,该方法会一直阻塞int select = selector.select(); if (select == 0) {continue; }// 获得selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator(); while (ite.hasNext()) {SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next(); // 删除已选的key,以防重复处理ite.remove(); if (key.isAcceptable()) {// 客户端请求连接事件ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); // 获得和客户端连接的通道SocketChannel channel = server.accept(); // 设置成非阻塞channel.configureBlocking(false); // 在和客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限。channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ); } else if (key.isReadable()) {// 获得了可读的事件read(key); }}}}public void read(SelectionKey key) throws IOException {// 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); // 创建读取的缓冲区ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(512); channel.read(buffer); byte[] data = https://www.it610.com/article/buffer.array(); String msg = new String(data).trim(); System.out.println("服务端收到信息：" + msg); ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes("utf-8")); channel.write(outBuffer); // 将消息回送给客户端}public static void main(String[] args) throws IOException {NIOServer server = new NIOServer(); server.initServer(8000); server.listen(); }}

Redis为什么支持高并发 Redis官方没有windows版本redis，只有linux版本的reids。
Redis的底层是采用nio 多路io复用机制实现对多个不同的连接（tcp）实现io的复用；能够非常好的支持高并发，同时能够先天性支持线程安全的问题。为什么现场安全？因为使用一个线程维护多个不同的io操作原理使用nio的选择器，将多个不同的Channel统一交给我们的selector(选择器管理)。
但是nio的实现在不同的操作系统上存在差别：在我们windows操作系统上使用 select 实现轮训机制、在linux操作系统使用epoll
备注：windows操作系统是没有epoll
在windows操作系统中使用select实现轮训机制时间复杂度是为 o(n),而且这种情况也会存在空轮训的情况，效率非常低、其次默认对我们的轮训有一定限制，所以这样的话很难支持上万tcp连接。
所以在这时候linux操作就出现epoll实现事件驱动回调形式通知，不会存在空轮训的情况，只是对活跃的socket实现主动回调，这样的性能有很大的提升所以时间复杂度为是o(1)
注意：windows操作系统没有epoll、只有linux操作系统有。
所以为什么Nginx、redis能够支持非常高的并发最终都是靠的linux版本的 io 多路复用机制epoll
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