网络IO模型

Posted 2021-03-10 volare

1、同步网络IO模型

　　

 

 　　网络IO模型分两段，一个write,一个read，write操作我们不需要考虑，这里我们看read操作。

接受线程会一直阻塞，当有数据到来的时候，操作系统会先把数据写入接收缓存，然后给接收数据的线程发一个通知，

线程收到通知后结束等待，开始读取数据。处理完这一批数据后，继续阻塞等待下一批数据到来，这样周而复始地处理收到的数据。

　　每个连接都需要阻塞一个线程来等待数据，当大量连接数时就会有大量线程被阻塞，造成CPU负载过高，系统的性能较慢

 

2、异步网络模型

　　同步IO导致线程阻塞会影响性能，同时也不能使用极少的线程来处理网络请求，所以我们想到异步网络模型。脑海中想到系统异步设计中，采用非阻塞的模式，当有数据来的时候创建一个线程

来接收数据，这样就可以用少量的线程来处理大量的连接。

　　

 

 

　　　　1、使用Netty实现网络通信

 

　　　　　　

// 创建一组线性
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

try{
    // 初始化Server
    ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
    serverBootstrap.group(group);
    serverBootstrap.channel(NioserverSocketChannel.class);
    serverBootstrap.localAddress(new InetSocketAddress("localhost", 9999));

    // 设置收到数据后的处理的Handler
    serverBootstrap.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
            socketChannel.pipeline().addLast(new MyHandler());
        }
    });
    // 绑定端口，开始提供服务
    ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind().sync();
    channelFuture.channel().closeFuture().sync();
} catch(Exception e){
    e.printStackTrace();
} finally {
    group.shutdownGracefully().sync();
}

 

　　首先我们创建了一个 EventLoopGroup 对象，命名为 group，这个 group 对象你可以简单把它理解为一组线程。这组线程的作用就是来执行收发数据的业务逻辑。然后，使用 Netty 提供的 ServerBootstrap 来初始化一个 Socket Server，绑定到本地 9999 端口上。在真正启动服务之前，我们给 serverBootstrap 传入了一个 MyHandler 对象，这个 MyHandler 是我们自己来实现的一个类，它需要继承 Netty 提供的一个抽象类：ChannelInboundHandlerAdapter，在这个 MyHandler 里面，我们可以定义收到数据后的处理逻辑。这个设置 Handler 的过程，就是我刚刚讲的，预先来定义回调方法的过程。最后就可以真正绑定本地端口，启动 Socket 服务了。

　　Netty是全自动的处理，只需要我们维护接收数据后的回调函数即可。像线程控制、缓存管理、连接管理都不需要操心。具体实现：当接收到客户端的数据后，netty会在EventLoopGroup中获取一个IO线程

在这个IO线程中调用执行业务逻辑的回调方法。

 

 

　　　　2、使用NIO

　　　　NIO即IO多路复用，复用一个线程处理多个网络连接。他提供selector对象，，每个已经建立好的连接用一个 Channel 对象来表示。我们希望能实现，在一个线程里，接收来自多个 Channel 的数据。也就是说，这些 Channel 中，任何一个 Channel 收到数据后，第一时间能在同一个线程里面来处理。

　　　　

 

 　　Selecor 通过一种类似于事件的机制来解决这个问题。首先你需要把你的连接，也就是 Channel 绑定到 Selector 上，然后你可以在接收数据的线程来调用 Selector.select() 方法来等待数据到来。这个 select 方法是一个阻塞方法，这个线程会一直卡在这儿，直到这些 Channel 中的任意一个有数据到来，就会结束等待返回数据。它的返回值是一个迭代器，你可以从这个迭代器里面获取所有 Channel 收到的数据，然后来执行你的数据接收的业务逻辑。

 

　　关于java网络模型的比喻：

　　例子：有一个养鸡的农场，里面养着来自各个农户（Thread）的鸡（Socket），每家农户都在农场中建立了自己的鸡舍（SocketChannel）
　　　　1、BIO：Block IO，每个农户盯着自己的鸡舍，一旦有鸡下蛋，就去做捡蛋处理；
　　　　2、NIO：No-Block IO-单Selector，农户们花钱请了一个饲养员（Selector），并告诉饲养员（register）如果哪家的鸡有任何情况（下蛋）均要向这家农户报告（select keys）；
　　　　3、NIO：No-Block IO-多Selector，当农场中的鸡舍逐渐增多时，一个饲养员巡视（轮询）一次所需时间就会不断地加长，这样农户知道自己家的鸡有下蛋的情况就会发生较大的延迟。怎么呢？、　　没错，多请几个饲养员（多Selector），每个饲养员分配管理鸡舍，这样就可以减轻一个饲养员的工作量，同时农户们可以更快的知晓自己家的鸡是否下蛋了；
　　　　4、Epoll模式：如果采用Epoll方式，农场问题应该如何改进呢？其实就是饲养员不需要再巡视鸡舍，而是听到哪间鸡舍的鸡打鸣了（活跃连接），就知道哪家农户的鸡下蛋了；
　　　　5、AIO：Asynchronous I/O, 鸡下蛋后，以前的NIO方式要求饲养员通知农户去取蛋，AIO模式出现以后，事情变得更加简单了，取蛋工作由饲养员自己负责，然后取完后，直接通知农户来拿即可，而不需要农户自己到鸡舍去取蛋。