Netty基础系列(1) --linux网路I/O模型

引言

我一直认为对于java的学习，掌握基础的性价比要远远高于使用框架，而基础知识中对于网络相关知识的掌握也是重中之重。对于一个java程序来说，无论是工作中还是面试，对于Netty的掌握都是及其重要的。所以博主下定决心深度的学习一下Netty并且做下笔记与心得，供大家一起学习探讨。

Netty的卓越之处在于它是一个高性能、异步事件驱动的NIO框架，目前很多著名的开源框架都使用Netty作为底层的通信框架，如Haddop、storm等。

好的废话不多说，我们直接进入主题。

linux的五种网络 I/O 模型

Linux的内核将所有的外部设备都看作一个文件来操作。比如操作一个文件的时候，linux会得到这个文件的文件描述符（fd），通过这个描述符来操作文件。socket的读写尽管不是本地的文件，但是Linux是通过一个类似文件描述符，称为socket描述符（socketfd）来操作网络数据的。描述符就是一个数字，它指向内核中的一个结构体（文件的路径，数据区等一些属性）。

阻塞I/O模型

这是我们最最常见的I/O模型，例如我们平常编写java程序所用的读写文件都是阻塞的。什么意思呢？就是当程序执行到读/写这一步操作的时候不会继续往下执行代码，而是等到读/写的操作执行完毕。
套接字接口的情况则是，进程准备接受或发送的数据的时候,，会向内核调用recvfrom（）方法，这个方法会一直阻塞，直到数据包接受或发送完毕，或者发生错误的时候才返回，在此期间一直等待。

非阻塞I/O模型

区别于阻塞I/O模型，当我们接受或发送数据包的时候不会阻塞的等待，而是通过一个循环检查套接口的状态，如果缓存区中没有数据，当进程调用recvfrom（）方法的时候，内核直接返回一个EWOULDBLOCK错误。当有数据来的时候，才继续后续操作。

I/O复用模型

这个是Netty底层所使用的 I/O模型，类似于一个小区的物业，管理着所有住户的快递，当有快递小哥来送快递的时候快递小哥不用一层一层爬到用户家中，而是将快递存放到物业。再由物业来通知用户取快递。

原理是Linux提供 select/poll方法，通过启动一个进程来管理所有连接的描述符，通过顺序扫描所有描述符是否为就绪状态。但是这种方式有一个弊端，那就是同时管理的描述符有上限，一般来说最多支持1024个。所以linux在后来提供了pselect/epoll方法，区别于select/poll方法:

1. 循环扫描的时候只扫描活跃的文件，所支持的描述符管理上线为操作系统的最大文件句柄数，比如1GB内存的机器数量大约是10万个句柄左右，因此现在基本上都是使用的后者。

2. 由于epoll每次都只是扫描活跃的socket，并且在大多数情况下，只有少部分的socket是活跃的，因此epoll效率会高很多，但是如果在一个高速的LAN环境下，epoll并不会比select/poll的效率高太多；相反相率可能还会稍稍降低。

3. 每次接受数据的时候内核需要把数据从内核缓存复制到用户缓存，这一步内存复制其实是很降低效率的，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。

信号驱动I/O模型

首先开启套接口信号驱动，并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数，然后进程继续工作。当数据准备就绪的时候，就为该进程生成一个SIGIO信号，通过信号回调通知引用程序来读取数据。

异步I/O模型

这种模型与信号驱动模型的主要区别就是：信号驱动I/O模型由内核通知进程可以开始一个I/O操作了。而异步I/O模型这个逼就更猛了，直接通知进程，劳资已经帮你搞完了。

总结

这五种模型每一种都有很深的学问，博主在这里只是用我自己所理解的知识来简单的介绍一下这五种模型，但是如果你对其中的I/O模型有浓厚的兴趣，可以自行对每一种模型进行进一步深度学习。这里我推荐I/O复用模型，因为Netty的底层就是使用的该模型。