堵塞和非堵塞

堵塞的时分线程会被挂起

堵塞：

当数据还没准备好时，调用了堵塞的办法，则线程会被挂起，会让出CPU时刻片，此时是无法处理过来的恳求，需求等候其他线程来进行唤醒，该线程才干进行后续操作或许处理其他恳求。

非堵塞：

意味着，当数据还没准备好的时分，即便我调用了堵塞办法，该线程也不会被挂起，后续的恳求也能够被处理。

同步

同步和异步跟串行和并行十分形似。

假设在一个场景下：完结一个大使命需求4个小使命。

同步的做法：需求顺次4个过程，留意这里是顺次，也便是说完结这个过程，需求先完结前置过程，也便是说下一个过程是要看上一个过程的履行成果。

异步的做法：能够一起进行4个过程，无需等候其他过程的履行成果。

堵塞和同步的最实质差别在于：

即便是同步，在等候的过程中，线程是不会被挂起，也不需求让出CPU时刻片的，

在IO中的表现

网络编程的根本模型是：Client/Server模型

两个进程之间要相互通讯，其间服务端需求供给方位信息，让客户端找到自己。服务端供给IP地址和监听的端口。

客户端拿着这些信息去向服务端建议树立衔接恳求，经过三次握手成功树立衔接后，客户端就能够经过socket向服务器发送和接受音讯。

BIO

BIO通讯模型选用的是典型的：一恳求一应对通讯模型

选用BIO通讯模型的服务端，通常会由一个独立的Acceptor线程担任监听客户端的衔接。

他不担任处理恳求，他只是起到一个派遣工作的效果，当他接收到恳求之后，会为每个客户端创立一个新的线程进行链路处理。

处理完之后，经过输出流，回来应对给客户端，然后线程被销毁，资源被收回。

该模型的最大问题便是缺少弹性弹性才干，服务端的线程个数和客户端的并发访问数是**1：1**的联系。

因为线程是Java虚拟机十分名贵的资源，当线程书膨胀之后，体系的性能会随着并发量增加呈正比的趋势下降。

而且会有OOM的危险，当没有内存空间创立线程时，就无法处理客户端恳求，最终导致进程宕机或卡死，无法对外供给服务。

最大的问题便是：每当有一个客户端恳求接入时，就会创立一个线程来处理恳求。

为了改善这个一线程一衔接模型，后边又演进出经过：

• 线程池
• 音讯行列

来完结1个或许多个线程处理N个客户端的模型。

在这里，不管是线程池和音讯行列，都是解决内存空间，线程的问题，并没有实质性地改动同步堵塞通讯实质问题

所以这种优化版本的BIO也被称为是伪异步。

伪异步IO

选用线程池和使命行列能够完结一种：伪异步的IO通讯

将客户端的恳求封装成一个Task（该使命完结java.lang.Runnable接口），投递到音讯行列中。

假如经过线程池维护一堆处理线程，去消费行列中的音讯。

处理完毕之后，再去经过客户端就能够了，他的资源是可控的，不管客户端的恳求量是多少，也不会产生变化，同样这也是他的缺点之一。

树立衔接的accpet办法、读取数据的read办法都是堵塞。

这就意味着，假如有一方处理恳求或许宣布恳求的比较慢，或许是网络传输比较慢，那么都会影响对方。

当调用OutputStream的write办法写输出流的时分，它将会被堵塞，直到一切要发送的字节全部写入完毕，或许产生反常。

在TCP/IP中，当音讯的接收方处理缓慢的时分，因为音讯滑动窗口的存在，那么它的接收窗口就会变小，便是那个TCP window size。

假如这里选用同步堵塞IO，并且write操作被堵塞好久，直到TCP window size 大于0或许产生IO反常了。

那么通讯对方回来应对时刻过长会引起的级联故障：

• 线程问题：假设一切的可用线程都被故障服务器堵塞，那么后续一切的IO音讯都将被行列中排队。
• 行列问题：假如行列选用的是有界行列，行列满了之后那么就会无法后续处理恳求；假如选用的是无界行列，那么会有OOM危险。

NIO

NIO，官方叫法是new IO，因为它相对于之前出的java.io包是新增的

可是之前老的IO库都是堵塞的，New IO类库方针便是为了让Java支撑非堵塞IO，一切更多的人称为Non-Block IO

缓冲区Buffer

Buffer是一个对象，通常是ByteBuffer类型

任何时分操作NIO中的数据，都需求经过缓冲区。

在NIO库里，一切数据操作是用缓冲区处理的。

• 读取数据时，是直接读到缓冲区中（这里并没有直接读到某个当地，而是都放到缓冲区中）
• 写入数据时，写入到缓冲区

缓冲区实质上是一个数组，通常是一个字节数组ByteBuffer，自身还需求维护读写方位，能够用指针或许偏移量来完结。

除了ByteBuffer还有其他根本类型缓冲区：

• CharBuffer：字符缓冲区
• ShortBuffer：短整型缓冲区
• IntBuffer：整形缓冲区
• LongBuffer：长整型缓冲区
• DoubleBuffer：双精度缓冲区

通常是用ByteBuffer

通道Channel

网络数据经过Channel读取和写入

Channel通道和Stream流最大的差异在于：

• Channel的数据流向是双向的
• Stream的数据流向是单向的

这就意味着：运用Channel，能够一起进行读和写，他是全双工模型。（能够联想到HTTP1.1 HTTP2.0 HTTP3.0 ``websocket）

多路复用器Selector

Selector是NIO编程的根底

Selector会不断轮询注册在其上的Channel。

假如某个Channel产生读写事件，就代表这个Channel是安排妥当状态，会被Selector轮询出来。

然后依据SelectionKey能够获取安排妥当Channel的集合，进行后续IO操作。

一个Selector能够轮询多个Channel，JDK是根据epoll代替传统的select，所以不受句柄fd的限制。

意味着，一个线程担任Selector的轮询千万个客户端，

AIO

NIO2.0引入了新的异步通道的概念，并供给了异步文件通道和异步套接字通道的完结

• 经过java.util.concurrent.Future类来表明异步操作的成果。
• 在履行异步操作的时分传入一个java.nio.channels

CompletionHandler接口的完结类作为操作完结的回调

NIO2.0的异步socket通道是真实的异步非堵塞IO。

• 同步socket channel：SocketServerChannel
• 异步socket channel：AsynchronousServerSocketChannel

它不需求经过多路复用器（selector）对注册到里面的经过进行轮询操作，就能够完结异步读写。

AIO和NIO最大的差异在于：异步Socket Channel是被动履行对象

• NIO需求我们把channel注册到selector进步行顺序扫描、轮询
• AIO则是经过Future类，完结回调办法：completed、failed

4种IO对比

IO模型主要是探讨2个维度：

• 同步/异步
• 堵塞/非堵塞

同步/异步的判别规范主要是：Channel的问题

堵塞/非堵塞的判别规范主要是：selector的问题

堵塞的要害点在于：树立衔接和数据传输

BIO（堵塞）意味着在完结树立衔接（accpet）动作之后，才干进行后续操作

NIO（非堵塞）在处理客户端的衔接时，能够将对应的channel注册到Selector上，此时我不管他好了没有，我有Selecotr来帮我去扫安排妥当态的channel，所以他是非堵塞的

异步非堵塞IO

异步非堵塞IO：AIO

有的人也叫JDK1.4推出的NIO为异步非堵塞IO

可是严格来说，它只能被称为是非堵塞IO，并不是真实意义上的异步

前期selector的底层是经过select/poll来完结的，虽然是用epoll代替了select/poll，上层的API没有变化，只是一次NIO的性能优化，仍旧没有改动IO的模型

在JDK1.7供给的NIO2.0新增了：异步套接字通道，他才是真实的异步IO。

多路复用器Selector

Selector的中心功用：便是用来轮询注册在它上面的Channel

当发现某个安排妥当态的Channel，就会找出他的SelectionKey，然后进行后续的IO操作。

前期的时分JDK1.4，selector底层是根据select/poll技能完结

后边优化，运用epoll来代替

伪异步IO

只是在线程层面进步行了一次优化，IO模型并没有改动

经过处理使命Task行列+线程池处理恳求的方法来优化资源

解决了BIO的线程和恳求：1对1的联系