文章目錄
1.概述
在jdk1.4之前JAVA只有同步阻塞IO，在jdk1.4版本更新同步非阻塞的NIO，在jdk1.7又更新了異步的NIO2.0，本文將簡單介紹下Linux有哪些網絡IO模型，以及JAVA中的IO所對應的網絡IO模型。
理解本文之前需要先知道一個概念：用戶空間與內核空間，即對於一次IO操作，會先將數據拷貝到系統內核緩衝區，然後從內核緩衝區拷貝到用戶空間的程序緩衝區。
recvfrom函數：此函數主要用於Linux內核從指定socket接收數據包並存儲到內核緩衝區，可以用在已經建立連接的socket，也可以用在沒有建立連接的socket。
2.Linux網絡IO模型
Linu內核將所有外部設備都看做是文件操作。對一個文件的讀寫操作會調用內核提供的系統命令，返回一個file descriptor（fd，文件描述符），可以理解爲fd是內核爲文件創建的索引。而對socket的讀寫也會有相應的描述符，稱爲socketfd（socket 描述符），描述符就是一個數字，它指向內核中的一個結構體。Linux根據分類，提供了5種IO模型，如下：
2.1.阻塞IO模型
阻塞模型的IO請求過程如下：
- 進程調用recvfrom函數並等待數據包到達（進程阻塞等待）
- 數據包從內核被複制到進程的緩衝區或者發生錯誤返回（進程阻塞等待）
整個過程進程都處於被阻塞狀態，故被稱爲阻塞IO。
默認情況下，所有的文件操作都是阻塞的。
2.2.非阻塞IO模型
非阻塞模型的IO請求過程如下：
- 進程調用recvfrom函數如果沒有數據包，直接返回EWOULDBLOCK錯誤
- 輪訓（1）過程
- 數據包從內核被複制到進程的緩衝區（進程阻塞等待）
2.3.IO複用模型
I/O多路複用就是通過一種機制，使一個進程可以監視多個描述符，一旦某個描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒），能夠通知程序進行相應的讀寫操作。Linux提供了三種方式：select、poll、epoll
2.3.1.select
IO請求過程如下：
- 進程發起select調用，select遍歷所有fd，監測fd狀態（進程阻塞在select）
- fd讀/寫就緒時，通知進程讀/寫條件，進程發起recvfrom
- 數據包從內核被複制到進程的緩衝區（進程阻塞等待）
select特點：
- select目前幾乎在所有的平臺上支持，跨平臺支持比較好。
- select是順序掃描fd，而且單個進程能夠監視的文件描述符的數量存在最大限制，在Linux上一般爲1024，可以通過修改宏定義甚至重新編譯內核的方式提升這一限制，但是這樣也會造成效率的降低。
- select機制中提供了一種fd_set的數據結構，實際上是一個long數組。select使用了三個位圖來表示三個fdset的方式.
2.3.2.poll
poll和select的實現基本是一致，只是數據傳遞格式不太一樣。 與select函數一樣，poll也是通過順序輪訓所有fd來獲取就緒的描述符，如果存在大量的非活躍狀態的fd，則輪訓過程也浪費了一定的開銷。
2.3.3.epoll
epoll是在2.6內核中提出的。
epoll特點：
- 相對於select和poll來說，epoll更加靈活，沒有描述符限制。
- epoll採用基於事件的就緒通知方式，一旦某個fd就緒，則採用callback方式通知進程。
- epoll不用輪訓所有的fd，epoll每次只遍歷活躍的fd，因此在活躍的fd較少的情況下很有優勢，如果大量的fd都處於活躍狀態，則epoll的效率可能不如select或poll。
2.4.信號驅動IO模型
請求過程如下：
- 開啓信號驅動IO功能，調用sigaction執行一個信號處理函數，並立即返回
- 內核收到數據包則生成一個sigio信號通知進程
- 進程收到sigio信號後，調用recvfrom函數
- 數據包從內核被複制到進程的緩衝區（進程阻塞等待）
2.5.異步IO
請求過程：
- 進程發起IO操作，通知內核並立即返回
- 內核收到數據包後生成一個sigio信號通知進程
- 內核數據包從內核被複制到進程的緩衝區並通知進程
3.JAVA中IO模型
JDK1.4之前使用的都是同步阻塞的BIO（阻塞IO模型）。
JDK1.4發佈的NIO特點：
- IO模型使用的是LInux的多路複用IO模型中的epoll
- 引入了緩衝區ByteBuffer、管道Pipe、通道Channel、文件通道FileChannel、多種字符集編解碼、基於Perl實現的正則表達式類庫等。
JDK1.7對NIO進行了升級更新，稱爲NIO2.0，特點如下：
- 提供了標準文件系統的SPI。
- 能夠批量獲取文件屬性的API。
- 提供AIO，支持基於文件和socket的異步IO操作。