Unix I/O与Java I/O

Posted 2023-02-03 萌萌滴太阳

文章目录

• 背景
• Unix I/O模型
• • 阻塞I/O模型
  • 非阻塞I/O模型
  • I/O多路复用模型
  • • I/O多路复用技术
  • 信号驱动I/O模型
  • 异步I/O模型
  • 五种I/O模型的比较
• Java IO模型
• • IO（面向流的，也叫BIO）
  • NIO
  • • Buffer
    • Channel
    • Selector
  • NIO2（AIO）
• Netty

背景

Unix I/O模型

I/O模型一共有哪些策略，JavaI/O是对这些策略的具体实现

阻塞I/O模型

第一阶段copy阻塞，第二阶段copy阻塞；

• 进程在整个recvfrom期间阻塞，即recvfrom没完成前，进程都处于阻塞状态，等待I/O资源，等到了，再继续执行。
  

非阻塞I/O模型

第一阶段copy不阻塞，但轮询，第二阶段copy阻塞；

recvfrom从应用层到达内核的时候，如果该缓冲区没有数据的话，就直接返回一个EWOULDBLOCK错误，一般都对非阻塞I/O模型进行轮询检查这个状态，看内核是不是有数据到来。

虽然第一个copy进程不阻塞，采用轮询的方式等待内核缓冲区有数据，但进程也只是原地自旋，也没执行别的，和阻塞区别不大，没提高多少性能；

I/O多路复用模型

第一阶段copy阻塞（阻塞在select操作上），第二阶段copy阻塞（和上面两个I/O模型一样，阻塞发生在recvfrom上）；

I/O多路复用技术

在并发情况下，多个线程因I/O操作阻塞，现在创建一个线程，发起一次select调用，只阻塞这一个线程，这个线程又可以监控多个文件，从而一个阻塞的线程支持并发---------即，一个线程解决并发的问题。

• select缺点：线性扫描全部socket，但只有少数的socket活跃，所以花费在不活跃的socket上的扫描时间白白浪费，随着socket FD越多，效率越低；

信号驱动I/O模型

第一阶段copy不阻塞，第二阶段copy阻塞；

异步I/O模型

告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后（包括将数据从内核复制到用户自己的缓冲区）通知我们。
这种模型与信号驱动模型的主要区别是：

• 信号驱动I/O由内核通知我们何时开始一个I/O操作；
  【即，第一个阶段copy是不阻塞的，当第一个阶段copy完成（即将数据从外部复制到内核缓冲区），内核通知进程开始第二个阶段copy（将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区），即开始一个I/O操作】
• 异步I/O模型由内核通知我们I/O操作何时已经完成。
  【信号驱动I/O，第二个阶段copy阻塞，异步I/O模型两个阶段copy都不阻塞，进程继续执行，等数据copy完成，再通知进程处理数据】

开始时，进程调用aio_read系统调用进行异步调用，此时两个阶段异步进行，都不阻塞（由内核处理），进程继续执行，等数据准备好（从外部复制到内核数据库，再复制到用户缓冲区），通知进程，进程就可以执行用户缓冲区中的数据了

五种I/O模型的比较

Java IO模型

IO（面向流的，也叫BIO）

在1.4之前，Java只提供了一种IO模型，即阻塞式IO模型（BIO）。

• 红色：低级流；
  直接连接到设备（磁盘（文件），网卡（网络I/O））上读取；效率低；
• 蓝色：高级流；
  不直接连接设备，而是接入对应低级流上，进行读取；

NIO

Buffer

• 创建buffer，capacity和limit一开始指向，创建容量（eg：8）的后一个
• flip准备读：将position移到数据前面，开始读；limit移到读入数据的后面，防止读到界外；
• clear：清除的时候，并不删除数据，而是将position移到前面，读的时候覆盖原数据；

Channel

• Channel接到buffer上读取里面的数据

Selector

• 概述
  

• Selector是抽象类
  

• 和select()相关的方法
  

NIO2（AIO）

• 概述
  

• 使用步骤【了解】
  

Netty