02 - 站在内核角度分析NIO实现原理

输入IO与输出IO原理

内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡；

用户态: (独立创建应用程序) 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获

BIO，NIO，AIO 模型

1、BIO(Blocking I O) 同步阻塞模型，一个线程对应一个客户端连接。

应用场景：

BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构， 这种方式对服务器资源要求比较高， 但程序简单易理解。

2、NIO(Non Blockin g IO) 同步非阻塞，

服务器实现模式为一个线程可以处理多个请求(连接)，客户端发送的连接请求都会注册到 多路复用器selector上，多路复用器轮询到连接有IO请求就进行处理。

应用场景：

NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作） 的架构， 比如聊天服务器， 弹幕系统， 服务器间通讯，编程比较复杂， JDK1.4 开始支持

3、AIO(NIO 2.0) 异步非阻塞，

由操作系统完成后回调通知服务端程序启动线程去处理， 一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。是在NIO的基础上进一步封装的。

应用场景：

AIO方式适用于连接数目多且连接比较长（重操作） 的架构，JDK7 开始支持

同步和异步的区别

同步也就是程序从上往下实现执行；

异步从新开启一个新分支，相互不会影响；

站在Http协议上分析同步与异步区别：

我们的Http协议请求默认情况下同步形式调用，如果调用过程非常耗时的情况下 客户端等待时间就非常长， 这种形式我们可以理解阻塞式；

解决办法：耗时的代码我们可以使用多线程或者MQ实现处理，但是不能立马获取结果； 客户端可以主动查询

阻塞与非阻塞的区别

阻塞：如果我没有获取到结果的情况下，当前线程从运行状态切换为阻塞状态 内核角度分析：用户空间切换到内核空间

非阻塞：如果我没有获取到结果的情况下，当前的线程不会阻塞。

BIO(Blocking IO) 同步阻塞模型

一个线程处理一个客户端请求；

缺点：

1、 IO代码里read操作是阻塞操作，如果获取不到数据的情况下，则会阻塞；

如果线程使用过多的情况下，非常消耗服务器端cpu的资源；

应用场景：

BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构， 这种方式对服务器资源要求比较高

NIO(Non Blocking IO) 同步非阻塞

NIO同步非阻塞的原理：多个客户端发送连接请求注册到（多路复用器）selector中，

多路复用器使用轮训机制实现检测每个io请求有数据就进行处理。

NIO 有三大核心组件： Channel(通道)， Buffer(缓冲区)，Selector(选择器)

1.Channel(通道) :称之为通道，和IO相连，通信双方进行数据交流的通道，需要和buffer结合使用。

2.Buffer(缓冲区) :对数据的读取/写入需要使用buffer，buffer本质就是一个数组。

3.Selector(选择器): IO多路复用 一个线程Thread使用选择器Selector通过轮询的方式去监听多个通道Channel上的事件，从而让一个线程可以处理多个事件。

选择器IO多路复用底层原理

IO多路复用 一个线程Thread使用选择器Selector通过轮询的方式去监听多个通道Channel上的事件，从而让一个线程可以处理多个事件。

I/O多路复用底层一般用的Linux API（select，poll，epoll）来实现

1. 使用select的情况下，底层采用该数组方式存放 每次调用遍历的时间复杂度就是为O(n),有可能会产生空轮训，比如 保存1万个连接，最终只有1个连接有传输数据。

2. 使用poll底层采用链表结构存放，每次调用遍历的时间复杂度就是为O(n)

Poll与select之间区别不是很大；select监视器单个进程可监视的fd数量被限制

可以通过cat /proc/sys/fs/file-max， poll 是没有监视的fd数量限制。

Linux服务器中创建Socket服务器端 单个select进程可监事的fd（连接数据）限制

3. epoll采用事件通知回调方式，避免空轮休时间复杂度为o(1);

For(fds){

文件描述符，数据准备好的情况下，在以事件回调的方式通知给服务器端。

}

注意：windows操作系统是没有epoll，只有linux系统才有epoll

Nginx、redis nio模型

redis 官网中是否有提供windows redis 大牛人物改写Redis源码能够使用

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