資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：操作系統(tǒng)是能夠獲取到事件操作完成的事件，基于回調(diào)函數(shù)機(jī)制和操作系統(tǒng)的操作控制實(shí)現(xiàn)事件檢測(cè)機(jī)制。
前面的文章NIO基礎(chǔ)知識(shí)介紹了Java NIO的一些基本的類及功能說明，Java NIO是用來替換java 傳統(tǒng)IO的，NIO的一些新的特性在網(wǎng)絡(luò)交互方面會(huì)更加的明顯。
Java 傳統(tǒng)IO的弊端????“基于JVM來實(shí)現(xiàn)每個(gè)通道的輪詢檢查通道狀態(tài)的方法是可行的，但仍然是有問題的，檢查每個(gè)通道是否就緒是至少需要一次系統(tǒng)調(diào)用，執(zhí)行的代價(jià)是非常昂貴的。同時(shí)這種檢查不是原子的。列表中的每個(gè)通道在檢查之后狀態(tài)變成就緒，但需要等到下一次輪詢之前JVM是無法感知的。最糟糕的是，JVM除了不斷遍歷列表之外將別無選擇。JVM無法在某通道就緒時(shí)直接得到通知。
????這就是為什么監(jiān)控多個(gè)socket連接的傳統(tǒng)的java方案是：為每個(gè)socket創(chuàng)建一個(gè)線程并使線程可以再read()調(diào)用中阻塞，直到數(shù)據(jù)可用。這實(shí)際上將每個(gè)阻塞在對(duì)應(yīng)socket上的線程當(dāng)做了socket事件監(jiān)控器，并將JVM的線程調(diào)度當(dāng)做了事件通知。但是線程的阻塞和JVM的線程調(diào)用都是為了這種目的而設(shè)計(jì)的。當(dāng)線程數(shù)量增長失控時(shí)，JVM為了管理這些線程，導(dǎo)致程序性能降低?！?em>--摘自《JAVA NIO》
上述兩段話摘自《JAVA NIO》第四章-選擇器中，主要闡述了java 傳統(tǒng)NIO的基本實(shí)現(xiàn)和弊端。通過上述文字我們也知道了，提高傳統(tǒng)IO的性能可以從兩方面入手：1.減少線程數(shù)量 2.實(shí)時(shí)獲取IO事件。
傳統(tǒng)I/O為了能實(shí)時(shí)獲取I/O事件，所以才會(huì)給每個(gè)socket連接分配一個(gè)線程用于監(jiān)控socket事件，因?yàn)槿绾潍@取I/O事件通知是關(guān)鍵。因此調(diào)整JVM的I/O模型是提高I/O性能關(guān)鍵。
我們來了解下I/O模型的類型：
單線程阻塞I/O模型
只能同時(shí)處理一個(gè)客戶端請(qǐng)求，并且在I/O操作上是阻塞的，服務(wù)端線程會(huì)一直等待I/O操作完成，不會(huì)做其他的事情。服務(wù)端讀取客戶端數(shù)據(jù)時(shí)要等待客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)并且操作系統(tǒng)內(nèi)核復(fù)制到用戶進(jìn)程中之后才解除阻塞狀態(tài)；服務(wù)端寫數(shù)據(jù)回客戶端是要等待用戶進(jìn)程將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)核并發(fā)送到客戶端后才解除阻塞狀態(tài)。單線程阻塞I/O模型無法同時(shí)處理多個(gè)連接，只能串行處理連接。整個(gè)運(yùn)行過程都只有一個(gè)線程，服務(wù)端系統(tǒng)資源消耗較小，但并發(fā)能力低。
多線程阻塞I/O模型
利用多線程機(jī)制為每個(gè)客戶端分配一個(gè)線程，每個(gè)線程執(zhí)行讀取客戶端的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)成功寫入客戶端后才解除阻塞狀態(tài)。支持多個(gè)客戶端并發(fā)響應(yīng)，處理能力得到提高。系統(tǒng)資源消耗較大，多線程之間會(huì)產(chǎn)生線程切換成本，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)線程安全引入線程同步機(jī)制導(dǎo)成程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
單線程非阻塞I/O模型
在調(diào)用讀寫接口后立即返回，而不會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)；基于事件檢測(cè)機(jī)制獲取到事件發(fā)生，進(jìn)行對(duì)應(yīng)事件的I/O操作。
事件檢測(cè)方式：
應(yīng)用程序遍歷套接字的事件檢測(cè)
服務(wù)端程序會(huì)保存一個(gè)socket套接字連接列表，應(yīng)用層線程對(duì)socket套接字列表輪詢嘗試讀取或?qū)懭搿Ｈ绻麌L試失敗，則在下一個(gè)循環(huán)再繼續(xù)嘗試。查詢每個(gè)socket套接字都至少需要一次系統(tǒng)調(diào)用，而且無法立即獲取socket套接字狀態(tài)。同時(shí)應(yīng)用程序除了要遍歷socket套接字列表之外，還需要處理數(shù)據(jù)的拼接，實(shí)際會(huì)占用較多的CPU資源
內(nèi)核遍歷套接字的事件檢測(cè)
將遍歷socket列表的工作交給操作系統(tǒng)內(nèi)核，應(yīng)用層向發(fā)去操作系統(tǒng)內(nèi)核請(qǐng)求讀寫列表。操作系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)遍歷所有套接字并生成對(duì)應(yīng)的可讀列表readList和可寫列表writeList返回給應(yīng)用程序。應(yīng)用程序獲取到具體socket，對(duì)每個(gè)socket進(jìn)行相應(yīng)的I/O操作。
應(yīng)用程序向內(nèi)核請(qǐng)求讀寫列表，內(nèi)核遍歷所有的套接字并生成對(duì)應(yīng)的可讀列表readList和可寫列表writeList。readList標(biāo)明了每個(gè)套接字是否可讀，例如套接字2、套接字3的值為1表示可讀，套接字1的值為0表示不可讀；同樣，writeList表示套接字是否可寫。
內(nèi)核基于事件回調(diào)的事件檢測(cè)
遍歷套接字列表是個(gè)效率比較低的方式，無論是在內(nèi)核層還是在應(yīng)用層。操作系統(tǒng)是能夠獲取到I/O事件操作完成的事件，基于回調(diào)函數(shù)機(jī)制和操作系統(tǒng)的I/O操作控制實(shí)現(xiàn)事件檢測(cè)機(jī)制。
基于回調(diào)機(jī)制的完全套接字可讀可寫列表
用可讀列表readList和可寫列表writeList標(biāo)記讀寫事件，套接字的數(shù)量與readList和writeList兩個(gè)列表的長度一樣。readList元素為1表示可讀，writeList元素為1表示可寫。當(dāng)客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)端，內(nèi)核完成從網(wǎng)卡復(fù)制數(shù)據(jù)調(diào)用回調(diào)函數(shù)將對(duì)應(yīng)套接字readList中的元素置為1；若套接字已經(jīng)做好寫操作準(zhǔn)備，內(nèi)核會(huì)將套接字對(duì)應(yīng)writeList中的元素置為1。應(yīng)用程序發(fā)送請(qǐng)求讀、寫事件列表，內(nèi)核會(huì)把包含readList和writeList的事件列表返回給應(yīng)用程序，應(yīng)用程序分別遍歷列表，進(jìn)而記性讀寫操作。
基于回調(diào)機(jī)制的部分套接字事件列表
如果套接字?jǐn)?shù)量變大，事件列表傳輸也是不小的開銷。可以讓應(yīng)用層告訴內(nèi)核每個(gè)套接字感興趣的事件，當(dāng)客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)過來時(shí)，內(nèi)核完成從網(wǎng)卡復(fù)制后即調(diào)用回調(diào)函數(shù)將套接字相關(guān)信息封裝成可讀事件event放到事件列表中；同樣，內(nèi)核發(fā)現(xiàn)網(wǎng)卡可寫時(shí)會(huì)將套接字相關(guān)信息封裝成可寫事件event添加到事件列表中，事件列表中只有處于ready狀態(tài)的那部分套接字對(duì)應(yīng)的事件。java NIO即是采用這種事件檢測(cè)機(jī)制，在客戶端連接大多數(shù)處于活躍的情況下，服務(wù)端只用一個(gè)線程一直循環(huán)處理這些連接，很好地利用了I/O操作的阻塞時(shí)間，提高了線程執(zhí)行效率。
多線程非阻塞I/O模型
單線程非阻塞I/O已經(jīng)大大提高了機(jī)器的執(zhí)行效率，在多核機(jī)器上為了更好的提高CPU的使用率可以引入多線程。引入reactor線程模型，每個(gè)線程處理不同類型的事件連接。
NIO網(wǎng)絡(luò)通信java NIO性能較java傳統(tǒng)IO有較大提升主要是在網(wǎng)絡(luò)交互中，通過Selector來管理客戶端的連接，應(yīng)用程序?qū)⒖蛻舳藄ocket連接注冊(cè)到Selector對(duì)象上。當(dāng)客戶端socket連接有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒或連接準(zhǔn)備好寫操作時(shí)，應(yīng)用程序通過selector獲取到對(duì)應(yīng)socket通道(Channel)，應(yīng)用程序通過Channel對(duì)socket進(jìn)行讀寫操作。
NIO中服務(wù)端一個(gè)線程可以同時(shí)與多個(gè)客戶端連接進(jìn)行讀寫交互；而傳統(tǒng)IO則是服務(wù)端的一個(gè)線程只能同時(shí)處理一個(gè)客戶端，I/O操作時(shí)，線程處于阻塞狀態(tài)。
Selector是SelectableChannel的多路復(fù)用選擇器，用于監(jiān)控SelectableChannel的IO狀況的。在Selector定義為SelectableChannel定義了四種事件類型：
SelectionKey.OP_READ????????讀事件
SelectionKey.OP_WRITE???????寫事件
SelectionKey.OP_CONNECT????接收到客戶端的連接事件
SelectionKey.OP_ACCEPT??????接收到客戶端的請(qǐng)求事件
多個(gè)事件之間用“|”連接
當(dāng)服務(wù)端線程注冊(cè)事件發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)通過回調(diào)函數(shù)將該事件放到讀寫事件列表中。JVM通過Selector的select方法會(huì)獲取到已經(jīng)注冊(cè)到Selector對(duì)象上的事件列表。若沒有事件發(fā)生select方法會(huì)一直阻塞知道有注冊(cè)的時(shí)間發(fā)生才會(huì)把發(fā)生的時(shí)間返回給Selector對(duì)象。
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摘要：而我們現(xiàn)在都已經(jīng)發(fā)布了，的都不知道，這有點(diǎn)說不過去了。而對(duì)一個(gè)的讀寫也會(huì)有響應(yīng)的描述符，稱為文件描述符，描述符就是一個(gè)數(shù)字，指向內(nèi)核中的一個(gè)結(jié)構(gòu)體文件路徑，數(shù)據(jù)區(qū)等一些屬性。 前言 只有光頭才能變強(qiáng) 回顧前面： 給女朋友講解什么是代理模式 包裝模式就是這么簡單啦 本來我預(yù)想是先來回顧一下傳統(tǒng)的IO模式的，將傳統(tǒng)的IO模式的相關(guān)類理清楚(因?yàn)镮O的類很多)。 但是，發(fā)現(xiàn)在整理的過程已...
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