深入学习Netty(1)——传统BIO编程

  之前看过Dubbo源码,Nacos等源码都涉及到了Netty,虽然遇到的时候查查资料,后面自己也有私下学习Netty并实践,但始终没有形成良好的知识体系,Netty对想要在Java开发上不断深入是十分重要的。所以借此博客平台记录下自己的学习思考的过程,形成自己的知识体系,以后学习深入源码更加得心应手!

  参考资料《Netty In Action》、《Netty权威指南》(有需要的小伙伴可以评论或者私信我)

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一、Linux中常见的I/O模型 1.5种I/O模型

根据UNIX网络编程对I/O模型的分类,UNIX提供了5种I/O模型

(1)阻塞I/O模型

  如果还未获取数据报则一直等待,直到数据报准备好了再进行复制数据报等接下来的操作。

(2)非阻塞I/O模型

  轮询检查是否有数据准备好的状态,如果数据准备好就进行接下来的操作

(3)I/O复用模型

  Linux提供select/poll,进程通过将一个或多个fd传递给select或poll系统调用,这样select/poll可以帮我们侦测多个fd是否处于就绪状态。select/poll顺序扫描fd是否就绪,但是select支持的fd数量有限(1024*8个)Linux提供了epoll系统调用,epoll使用基于事件驱动方式代替顺序扫描,因此性能更高。Java NIO的Selector基于epoll的多路复用技术实现

(4)信号驱动I/O模型

  首先开启套接字信号驱动I/O功能,并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数。当数据准备就绪时,就为进程生成一个SIGIO信号,通过信号回调通知应用程序调用来读取数据。

(5)异步I/O

  告知内核启动某个操作,并让内核在整个操作完成后通知我们,这种模型与信号驱动模型的主要区别是:信号驱动I/O由内核通知我们何时可以开始一个I/O操作;异步I/O模型由内核通知我们I/O操作何时已经完成。

2.I/O多路复用技术

(1)I/O多路复用技术应用场景

  在处理多客户端连接I/O请求时,往往有两种方式:一种是传统的多线程处理,另一种就是I/O多路复用技术进行处理,但是与传统的多线程处理比较,I/O多路复用最大的优势就是在于系统开销小,不需要创建额外的线程或进程处理客户端连接,节省了系统资源,I/O多路复用技术主要的应用场景如下:

服务器需要同时处理多个处于监听状态或多个连接状态的套接字

服务器需要同时处理多种网络协议的套接字,比如又要处理UDP、又要处理TCP

(2)epoll的优势

  在Linux系统中,采用了I/O多路复用技术调用有select、poll、epoll,在Linux网络编程的过程中。select、poll、epoll介绍这里不再讲解,我也是参考了很多资料才把三者关系弄清楚,大家可以自行Google,起初使用select做轮询,但是select有一些缺陷,不得不选择epoll替代了selectepollselect的基础上做了如下的改进:

 1)支持一个进程打开的socket描述符(FD)不受限制

  select最大缺陷就是单个进程打开FD是有限制的,epoll是没有的,而poll除了没有限制(基于链表存储,所有理论上没有限制)以外跟select没啥区别

 2)I/O效率不会随着FD数目的增加而线性下降

  传统的select/poll的有一个致命缺点:当有一个很大的socket集合时,由于网络延迟或链路空闲,任一时刻只有少部分的socket是“活跃”的,但是select/poll仍然会线性扫描全部的集合,导致效率降低。epoll只会针对“活跃”的socket进行操作,这是因为epoll根据每个fd上的回调函数callback函数实现的,只有“活跃”的socket才会主动调用该函数,其它则不会

 3)使用mmap加速内核与用户空间的消息传递

  无论是select、poll还是epoll都需要内核把FD消息通知给用户空间,如何避免不必要的内存复制显得十分重要,epoll通过内核把用户空间mmap同一块内存来实现的。

 4)epoll使用的API更加简单

 

二、传统BIO编程

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