33. bio and nio

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1. Bio network model

1.1 Schematic diagram of bio network model

When a single client initiates a request to the server, the request sequence is as follows:

When multiple clients initiate requests to a server, the order of requests is as follows:

1.2 Disadvantages of bio network model

1. Blocking I/O

服务器端的线程会因为阻塞I/O,一直阻塞，等待客户端的请求。
若客户端一直不发起，服务端的业务线程会一直存在。

2. Poor elastic scalability

因为一个客户端对应一个服务端的业务线程，那么客户端和服务端线程数是1比1的关系，再好的机器也难以承受过多的线程。

3. Multithreading consumes resources

线程的创建销毁、大量的线程存在服务端，服务端的cpu调度资源都会存在影响

2. NIO network model

2.1 Schematic diagram of nio network model

When a single client initiates a request to the server, the request sequence is as follows:

2.2 Improvement of nio network model

1. Non-blocking I/O

nio模型是基于非阻塞式I/O构建出来的，服务器端提供一个单线程的select，统一管理所有客户端接入的socket链接，并负责监听每个链接所关心的事件。

2. Strong elastic expansion ability

因为服务端不是多个线程来处理，而是一个线程就可以处理所有请求，所有客户端和服务端线程数是1比N的关系，理论上可以接入无限的请求。

3. Single thread saves resources

减少了线程的创建和销毁，以及线程上下文的切换问题。

3. NIO core - Channel (channel)

3.1 Introduction to Channels

1. Two-way

信息传输的通道，jdk的nio是对输入输出的方式的另一种抽象，类比bio中的流的概念。
不同的是流是单向传输，分输入流输出流。而通道支持双向传输，一个channel既可读又可写。

2. Non-blocking

传统流是阻塞模式，而channel可以工作在非阻塞模式下。

3. Operation uniqueness

操作channel的唯一方式是buffer，通过buffer操作channel实现数据块的回写

3.2 Channel implementation class

1. File class: FileChannel - stream for reading and writing files 2. UDP class: DatagramChannel - used for UDP data reading and writing 3. TCP class: ServerSocketChannel/SocketChannel based on TCP data reading and writing

3.3 bio socket and nio channel code implementation

Bio's socket code implements logic

Nio's channel code implements logic

Four, NIO core - buffer (buffer)

4.1 Introduction to buffers

作用 - 读写channel中的数据或者将数据写到channnel中。
本质 - 一块内存区域。这块内存能读数据，写数据，被nio封装成了一个buffer对象，提供了一系列API。

4.2 buffer properties

1.Capacity：容量 - 表明数组可以容纳多少字节，如果写入的字节数超过最大容量，那么需要清空后，才能继续往里面写入数据。
2.Position: 位置 - position表示当前位置，初始化为0，当一个byte写入后，position会移动到下一个可插入的数据单元。position最大可为容量减1
3.Limit：上限（写模式下） -limit表示最多能往buffer里写入多少数据，此模式下limit等于Capacity。
4.Limit：上限（读模式下） -limit表示最多能从buffer里读多少数据，这时limit会被设置成Position值
5.Mark：标记 - 表示一个特定的position位置，可以通过调用buffer的reset方法恢复到这个position位置。

4.3 buffers的API

1. Initialization

2. Write data

3. Switch from write mode to read mode

4. Read a byte

5. Set the mark mark

6. Go back to the flag

7. Reset properties

Five, NIO core - Select (selector)

5.1 Introduction

1.作用 - I/O就绪选择
2.地位 - NIO网络编程的基础
3.定义 - select是java的nio中能够检测1到多个nio通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件，通过他，一个单独的线程就可以管理多个channel,从而管理多个链接。

5.2 Core APIs

5.3 Introduction to SelectionKey

1.四种就绪状态常量
    connect 连接就绪
    accept  接收就绪
    read    读就绪
    write   写就绪