Netty权威指南 第1章Java的I/O演进之路读书笔记

1.1 I/O基础入门
 
1.1.1 Linux网络I/O模型简介
 
Linux的内核将所有外部设备都看做一个文件来操作,对一个文件的读写操作会调用内核提供的系统命令,返回一个file descriptor(fd,文件描述符)。而对一个socket的读写也会有相应的描述符,称为socketfd(socket描述符),描述符就是一个数字,它指向内核中的一个结构体(文件路径,数据区等一些属性)。
 
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.阻塞模型
     
      在进程空间中调用recvfrom,其系统调用直到数据包到达且被复制到应用进程的缓冲区中或者发生错误时才返回,在此期间一直会等待,进程在从调用recvfrom开始到它返回的整段时间内都是被阻塞的,因此被称为阻塞I/O模型。
 
2.非阻塞模型
recvfrom 从应用层到内核的时候,如果该缓冲区没有数据的话,就直接返回一个EWOULDBLOCK错误,一般都对非阻塞I/O模型进行轮询检查这个状态,看内核是不是有数据到来。
 
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,阻塞在select操作上,这样select/poll可以帮我们侦测多个fd是否处于就绪状态。
 
select/poll是顺序扫描fd是否就绪,而且支持的fd数量有限,epoll使用基于事件驱动方式代替顺序扫描,因此性能更高。当有fd就绪时,立即回调函数rollback。
 
4.信号驱动I/O模型
 
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(包括将数据从内核复制到用户自己的缓冲区)通知我们。
 
异步I/O和信号驱动模型的主要区别:
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。
 
1.1.2 I/O多路复用技术
I/O多路复用技术通过把多个I/O的阻塞复用到同一个select的阻塞上,从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。
 
与传统的多线程/多进程模型比,I/O多路复用的最大优势是系统开销小,系统不需要创建新的额外进程或者线程,也不需要维护这些进程和线程的运行,降低了系统的维护工作量,节省了系统资源。
 
应用场景:
服务器需要同时处理多个处于监听状态或者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。
 
目前支持I/O多路复用的系统调用有select、pselect、poll、epoll;
 
epoll优点:
1)支持一个进程打开的socket描述符(FD)不受限制(仅受限于操作系统的最大文件句柄数)。
2)I/O效率不会随着FD数目的增加而线性下降。
3)使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。epoll是通过内核和用户空间mmap同一块内存来实现的。
4)epoll的API更加简单。
 
1.2 Java的I/O演进
JDK1.4之前,基于Java的所有Socket通信都采用了同步阻塞模式(BIO).
 
2002年JDK1.4 新增了java.nio包,提供了很多进行异步I/O开发的API和类库,
 
2011年,JDK1.7,它的一个比较大的亮点就是将原来的NIO类库进行了升级,被称为NIO2.0,提供了AIO等功能。
 
1.3总结
了解了UNIX网络编程的5种I/O模型;学习了I/O多路复用技术的基础知识;了解Java I/O演进历史的三个阶段。 

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