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NIO有关知识总结

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这篇文章主要是阅读了一些关于NIO的文章，对一些重要的部分进行了摘取总结。

BIO、NIO、AIO的不同

BIO：同步阻塞IO模式，线程发起IO请求后，一直阻塞IO，直到缓冲区数据就绪后，再进行下一步操作。

NIO：是同步非阻塞IO，线程发起IO请求后，立即返回。同步体现在selector仍然要去轮询判断channel是否准备好，非阻塞体现在这个过程中处理用户线程不会一直等待，可以去做其他的事情，但是要定时轮询IO缓存区数据是否准备好。

NIO主要有buffer、channel、selector三个组件，通过零拷贝的buffer获取数

AIO是异步非阻塞IO模型。在上述NIO实现中，需要用户线程定时轮询，去检查IO缓冲区数据是否准备就绪，占用应用程序线程资源，其实轮询也是阻塞的，它需要查询哪些IO就绪了。而真正的理想的异步非阻塞IO应该让内核系统完成，用户线程只需告诉内核，当缓冲区就绪后，通知我或者执行回调函数。

BIO存在的问题

在BIO模式中， socket.accept() 、 socket.read() 、 socket.write() 三个主要函数都是同步阻塞的。当一个连接处理IO的时候，系统是阻塞的，要想处理多个连接，就要使用多线程。但是，当面对数万级别的连接时，传统的BIO模型就不行了，太消耗资源了。

NIO与IO的区别

NIO以块的方式处理数据，但是IO是以最基础的字节流的形式进行写入和读出。

NIO的通道是双向的，但是IO中的流是单向的。

NIO采用的是多路复用的IO模型，普通的IO用的就是阻塞的IO模型。

NIO的工作流程

1）首先先创建 ServerSocketChannel 对象和真正处理数据的线程池。

2）然后给刚刚创建的 ServerSocketChannel 对象进行绑定一个对用的端口，然后设置为非阻塞。

3）然后创建 Selector 对象并打开，然后把这个 Selector 对象注册到 ServerSocketChannel 中，并设置好监听的事件，监听 SelectionKey.OP_ACCEPT 。

4） Selector 对象死循环监听每一个Channel通道的事件，循环执行 Selector.select() 方法，轮询就绪的方法。

5）从 Selector 中获取所有的SelectorKey，如果SelectorKey是处于OP_ACCEPT状态，说明有新的客户端接入，调用 ServerSocketChannel.accept 接收新的客户端。

6）然后把这个接收的新客户端的Channel通道注册到 ServerSocketChannel 上，并且把之前的OP_ACCEPT状态改为 SelectionKey.OP_READ 读取事件状态，并且设置为非阻塞，然后把当前的这个 SelectorKey 给移除掉，说明这个事件完成了。

7）如果第五步的事件不是OP_ACCEPT，那就是OP_READ读取数据的事件状态。然后调用对应的机制。

不选择JAVA原生NIO编程的原因

NIO的类库和API繁琐，使用麻烦，你需要熟练掌握Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等。

需要具备其他的额外技能做铺垫，例如要熟悉Java多线程编程。

可靠性能力补齐，工作量和难度都非常大。比如说拆包闭包问题。

JDK NIO的BUG，例如臭名昭著的epoll bug，它会导致Selector空轮询，最终导致CPU 100%。

为什么选择Netty

API简单，开发门槛低。

定制能力强，可以通过ChannelHandler对通信框架进行灵活的扩展。

成熟、稳定，Netty修复了已经发现的所有JDK NIO。

社区活跃，并且经历过大规模的商业应用考验。

Netty有什么特点

高并发。 Netty是一款基于NIO开发的网络通信框架，对比于BIO，它的并发性得到了很大的提高。

传输快。Netty的传输快是依赖于NIO的一个特性 零拷贝

封装好。Netty封装了NIO操作的很多细节，提供易于使用的API，开发门槛低。原生的NIO的API繁琐，使用麻烦。

可靠性。解决了一些原生NIO存在的问题，比如说空轮序，封包闭包问题。

Netty如何解决空轮询

对Selector的select操作周期进行统计，每完成一次空的Select操作就进行一次计数。
若在某个周期内连续发生N次空轮询，则触发epoll死循环bug。
重建Selecto，判断是否是其他线程发起的重建请求，若不是则将原SocketChannel从旧的Selector上去除注册，重新注册到新的Selector上，并将原来的Selector关闭。