网络编程相关概念

梦里梦外; 2022-12-02 15:14 152阅读 0赞

### 目录 ###

*   *   *  网络编程中的五种I/O模型
         *  NIO简介
         *  Netty简介
         *  编码、解码

### 网络编程中的五种I/O模型 ###

内存空间分为2部分

*  内核空间：提供给操作系统使用
 *  用户空间：提供给用户程序使用

IO操作分为2步

*  向操作系统发起IO请求，等待数据准备好（文件 -> 内核 -> 进程）
 *  实际IO操作

内核空间、用户空间是中文翻译的，原文是把数据从内核复制到进程中。

网络编程中的五种I/O模型

1、阻塞式IO  
当前线程发起系统调用（向操作系统发起IO请求） -> 当前线程阻塞，等待操作系统把要操作的数据从内核空间复制到用户空间 -> 数据复制完成，操作系统返回成功提示 -> 当前线程操作用户空间中的数据。

2、非阻塞式IO  
当前线程发起系统调用（向操作系统发起IO请求） -> 当前线程往下继续执行 ，并轮询复制是否完成 -> 数据复制完成， 当前线程操作用户空间中的数据。

3、IO多路复用  
I/O指的是网络I/O, 多路指的是多个TCP连接(即socket或者channel），复用指的是复用线程。原本需要用一个线程处理一个TCP连接，多路复用是用少量线程处理多个TCP连接，减少系统开销。

linux用一个文件保存一个连接状态，建立一个连接就会生成打开一个文件，产生一个文件描述符（fd），1G内存大概支持10万个fd。

IO多路复用的3种技术

*  select：遍历fd数组找到对应的fd，然后进行IO操作，如果fd（连接数）很多，性能会很差。且linux默认单个进程最多只能打开1024个fd，数量有限制，虽然可以修改上限，但效率依旧很低。
 *  poll：poll和select差不多，区别是poll使用链表存储fd，fd没有数量限制。
 *  epoll：select、poll都是通过轮询判断数据是否准备好，epoll则是通过回调机制（callback）进行IO操作，数据准备好后，会自动进行相关IO操作，不需要遍历fd列表，效率高。fd没有数量限制，单机也能建立百万连接，最大连接数受机器硬件条件限制。但编码比select、poll复杂。

4、信号驱动IO  
用得较少

5、异步IO  
同步和异步指的是内核、进程之间的消息通知机制，如何知道数据准备好了？同步是主动轮询，异步是使用回调机制，由操作系统通知进程。前四种基本都是同步IO。

阻塞、非阻塞指的是线程状态，阻塞是IO操作会阻塞当前线程，非阻塞则IO操作不会阻塞当前线程。

常见的是：同步阻塞、同步非阻塞、异步非阻塞。

### NIO简介 ###

传统的IO是Blocking IO（BIO，阻塞式IO），Tomcat7之前默认使用的也是BIO。从JDK1.4开始，Java提供了一系列新IO，位于nio包中，称为NIO，NIO一说指的是New IO，一说指的是Non-blocking IO。

NIO可以进行通道映射，将内核中的数据映射到进程中，通过内存镜像直接读写内核数据，不必进行数据复制，效率更高。

NIO中的主要类

*  Channel  可以将内核数据映射到进程中
 *  Buffer  缓冲，用于批量读写数据
 *  Charset  字符集，用于字符序列的编码、解码
 *  Selector  提供非阻塞式的IO

JDK1.7推出了NIO 2，又称为AIO，支持文件和网络套接字的异步IO。

### Netty简介 ###

Netty是基于NIO的网络异步通信框架，成熟稳定，ElasticSearch、Dubbo的网络通信都是使用Netty实现的。