網絡側IO，通過網絡來通信（偏向內核方面）
C10K問題：http://www.kegel.com/c10k.html#frameworks

BIO NIO 多路復用器

什么是NIO
操作系統角度：NIO表示非阻塞IO，nonblocking；
JDK角度：N表示New IO（要掌握nonblocking，channel，buffer，selector），內存、文件系統
要想明白JDK的NIO，要先明白操作系統的NIO

今天講一些詞匯：同步、異步、阻塞、非阻塞

1、OS

程序不能直接訪問內核，用戶程序想要調用內核的方法，需要使用int 80中斷，CPU從用戶態切換到內核態。操作系統給內核暴露了幾百個系統調用syscall。
IDT：中斷描述符表，記錄0~255中斷號，在BIOS就加載了，內核進行callback，比如int 0x80，這里的80是中斷號
GDT：全局描述符表。
關于中斷的概念：使用晶振（將直流電流轉換為…打點），實現CPU的時間分片。中斷分為軟中斷（多個進程的切換，讓他們看似同時在執行）、硬件中斷（接受鍵盤、鼠標輸入）。進程想要訪問硬件，需要觸發int 0x80中斷
宏觀并行、微觀串行

新版圖：

舉例

來看一段簡單的可以進行網絡通信的java代碼（JDK1.4），來說明計算機的通信是怎么完成的

抓取程序和內核之間的系統調用，追蹤每一個線程，并輸出到一個文件中：
strace用來監控指定的程序（字節碼）發生了哪些系統調用

運行后生成的輸出文件：

JVM是C語言開發的，跑在操作系統之上，進行了系統調用。
下面是輸出了java代碼在內核中實際進行的系統調用：
2541行的3就是java代碼中 new 出的ServerSocket()，在3上綁定了端口號
最后一行看到accept(3,證明調用被阻塞了

使用tail一直盯著這個輸出，同時：開一個窗口，建立連接、發數據

使用nc手工建立一個新的連接：

查看輸出：

recv(5,是再一次阻塞，

再用客戶端 隨意輸入一些數據，再查看輸出：

查看server端的端口監聽

關于文件描述符：linux一切皆文件
文件描述符3：用來代表監聽
文件描述符3,4：一個是ipv4，一個是ipv6

（補充）使用jps命令可以查看java線程號12855

建立客戶端連接之后，fd文件描述符里面多出一個5，代表新建立的這個連接：

上述這種情況，如果一個客戶端連接之后一直不發數據，會一直阻塞。別人無法連接進來。
那么，如何實現能夠接受多個客戶端？
傳統的BIO模型：讓一個連接對應一個線程，每新開一個連接，就給它新開一個線程。
弊端：線程過多

如何解決C10K問題？
C10K問題：用戶態和內核態之間頻繁切換。CPU在一個時間片只能處理一個程序（線程），線程具有獨立的棧，當線程過多時，調度的時候成本較高。
問題的本質：因為阻塞（BIO）。為了解決阻塞，才開啟的多線程。想解決這個問題，從內核的角度考慮，可以考慮讓系統調用得到的文件描述符3，5變成非阻塞。
解決問題的思路：將阻塞變為不阻塞。這種功能應該在內核實現，而不是用程序實現。

不要受到一些文章的影響，簡單的用“加機器”的方式解決問題。
將單擊性能已經壓榨到極限時，再考慮加機器，分布式/用集群。

我們看內核的系統調用：
內核有一種非阻塞模式：在accept(3,中空轉，要么返回client的描述符，要么返回-1

使用了NIO的新代碼：
（補充代碼圖）


用了NIO的api，不能在JDK1.4中使用。可以在JDK1.8中使用。
ss.configBlocking(false);設置非阻塞
后面用一個循環，每一次循環中，如果沒有連接，則打印null；如果有連接，則打印端口號。這樣

運行后，看循環輸出的null可以判斷，沒有進入阻塞狀態

accept一直都是-1，沒有阻塞。代表沒有連接。

連接進來一個客戶端之后：

用一個線程可以接受很多客戶端。（NIO：NonBlocking）

NIO的存在的問題

放大：
C10K當并發量很大的時候，文件描述符會很多，每循環一次，都要調用一次recv系統調用（復雜度O(n)），進行用戶態到內核態的切換，切換時性能損耗大。
縮小：
當C10K只有1個C發來了數據，只使用到了1個有用的系統調用，剩余n-1次的監聽都是無效的->技術選型失敗。（架構師進行技術選型：要懂原理）

如何解決：多路復用

多路復用

多條路復用了一次調用得到具體的到來情況
實現方式：內核

允許程序去調用內核，來監控更多的客戶端，直到一個或多個文件描述符是可用的狀態，再返回。減少了用戶態、內核態的無用切換。
select多路復用器返回給程序一個list，告訴程序哪些可以讀取，然后程序要自己讀取。這是同步模型。

如果程序自己讀取，程序在IO上的模型就叫同步模型。
如果程序把讀取的過程交給內核，自己做自己的事情，叫異步模型。


多路復用的問題：如果有很多長連接，內核每次都要給程序傳遞很多連接對象

解決方式：epoll

epoll

Epoll也是多路復用器。它不負責讀取IO，只關心返回結果。Epoll是Event poll，把有數據這個事件通知給程序，還需要程序自己取讀取數據。
man epoll查看命令幫助文檔
epoll_create, epoll_ctl, epoll_wait

監控redis用的是哪種系統調用

netty是同步IO，異步計算

總結

以上是生活随笔為你收集整理的网络IO发展历程：BIO、NIO、多路复用器、epoll的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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