IO到NIO的一个转变

本内容来源：Jack视频讲解和自己的一个理解。

1、故事还得从网络模型或者IO开始聊起

2、你有想过传统IO真正存在的问题吗？

3、如果你是设计者，IO可以怎样改进？

4、NIO原理分析以及代码实现

IO：不就是input和output吗。input：输入操作；output：输出操作；从jdk出生开始他就已经存在了，在jdk的java.io包下面。

我们都知道io是阻塞 io，那么想一下为什么是阻塞的？来看看下面这个IO的一个测试类

package com.test;

import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * @Title: BIOServer
 * @Description: IO 测试
 * @author: sunxuesong@hztianque.com
 * @date: Created in 20:05 2019/9/8
 * @Modifired by:
 */
public class BIOServer {
    public static void main(String[] args) {
        try{
            // socket监听，端口8888
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
            System.out.println("BIOServer has started,listening on port:" + serverSocket.getLocalSocketAddress());
            // 不停的监听有没有客户端进行链接
            while (true) {
                // 进行链接
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();
                System.out.println("Connect from " + clientSocket.getRemoteSocketAddress());
                try {
                    // 客户端输入的内容
                    Scanner input = new Scanner(clientSocket.getInputStream());
                    // 这个while是用来客户端和服务器进行交互的，通过输出流进行数据写出
                    while (true) {
                        String request = input.nextLine();
                        if ("quit".equals(request)) {
                            break;
                        }
                        System.out.println(String.format("From %s : %s", clientSocket.getRemoteSocketAddress(), request));
                        String response = "From BIOServer Hello:" + request +".\n";
                        clientSocket.getOutputStream().write(response.getBytes());
                    }
                }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

启动上面的main方法服务进行测试一下：

打开cmd 输入 telnet localhost 8888 回车，链接进来后，随便输入然后回车可以在控制台看到你输入的内容，这时候在来重新打开一个cmd，之前的cmd窗口不要关闭，这时候可以链接进来，但是这时候不管你怎么输入控制台都不会有反应，这是为什么呢？因为被阻塞了，在队列中进行等待，如果你关闭之前的cmd窗口，这时候控制台会立马看到你输入的内容。那既然这样就会有人说了我们可以使用多线程去操作，这种想法很好，在tomcat1.7之前tomcat也是这么做的，比如我用一个线程池大小是3，这时候最多支持3个客户端链接可以进行交互，如果第四个来了那么只能阻塞等待，因为前面的线程没有进行释放。

来看一下IO的模型：

1.阻塞io（Blocking I/O）

我来描述一下怎么请求的：首先用户去请求读取磁盘数据，这时候磁盘数据是受保护的不允许你直接去读取，它必须通过内核空间去读取（这是计算机自己的一个机制，分为用户空间和内核空间，用户空间就是我们的java进程，内核空间是计算机自己分配的），那么java是怎么做的呢？将请求交给内核空间，其他不用你去管。那么当java进程去内核空间拿数据的时候，这时候发现内核空间还没有将数据准备好，那他就会一直等待着，直到你准备好了为止。这时候等待的状态就是一个阻塞的状态，他不会释放cpu的资源。其他线程无法进行访问。

2：非阻塞IO（No Blocking I/O）

这个是怎么用的呢？我来解释一下他和上面的区别主要在于他不会去等待内核空间，当内核空间没有准备好数据的时候他直接返回了，不会占用资源。

3：复用IO

这种IO他不会一直等待，他有一个专门的线程来管理所有的客户端请求。他会一直轮询，知道发现有一个socket是read状态然后进行数据的一个读取。

这时候NIO就孕育而生了，他对上面的几个模型进行了一个取长补短的操作。

首先基于这种高速的请求，那么客户端的链接速度肯定是跟不上的，于是nio发明了selector的思想，多路复用的一个概念，多路：多个TCP链接（Socket或者Channel）。复用：指的是多个链接复用了一个线程，这里一个线程指的是selector轮询机制。

多路复用：当一个或多个客户端进行链接的时候，统一由多路复用器进行管理（一个单独的线程）这时候由内核进行监视多路复用器里面的socket，这时候用户进程是阻塞的，当任何一个socket数据准备好了，多路复用器都会返回，这时候用户进程再调用read操作把数据从内核缓存区拷贝到用户空间。

下节用源码说明一下nio的一个机制。他用到了复用IO的selector机制，然后他发现内核空间进行复制磁盘数据的时候也是需要等待的，这时候他又引入了一个buffer的概念，buffer是一个可变的缓冲池，默认是1024个字节，当发现buffer中的缓冲池不够的时候会自动的扩容。