I/O 多路復用：IO multiplexing

簡介：單個線程就可以同時處理多個網(wǎng)絡連接。內(nèi)核負責輪詢所有 Socket，當某個 Socket 有數(shù)據(jù)到達了，就通知用戶進程。

多路復用在 Linux 內(nèi)核代碼迭代過程中依次支持了三種調(diào)用，即 Select、Poll、Epoll 三種多路復用的網(wǎng)絡 I/O 模型。下文將畫圖結(jié)合 Java 代碼解釋。

①I/O 多路復用：Select

簡介：有連接請求抵達了再檢查處理。

缺點如下：

• 句柄上限：默認打開的 FD 有限制，1024 個。 

• 重復初始化：每次調(diào)用 select()，需要把 FD 集合從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)，內(nèi)核進行遍歷。 

• 逐個排查所有 FD 狀態(tài)效率不高。

服務端的 Select 就像一塊布滿插口的插排，Client 端的連接連上其中一個插口，建立了一個通道，然后再在通道依次注冊讀寫事件。

一個就緒、讀或?qū)懯录幚頃r一定記得刪除，要不下次還能處理。

public static void main(String[] args) throws IOException {         ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();//管道型ServerSocket         ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(Constant.HOST, Constant.PORT));         ssc.configureBlocking(false);//設(shè)置非阻塞         System.out.println(" NIO single server started, listening on :" + ssc.getLocalAddress());         Selector selector = Selector.open();         ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//在建立好的管道上，注冊關(guān)心的事件 就緒         while(true) {             selector.select();             Set keys = selector.selectedKeys();             Iterator it = keys.iterator();             while(it.hasNext()) {                 SelectionKey key = it.next();                 it.remove();//處理的事件，必須刪除                 handle(key);             }         }     }     private static void handle(SelectionKey key) throws IOException {         if(key.isAcceptable()) {                 ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();                 SocketChannel sc = ssc.accept();                 sc.configureBlocking(false);//設(shè)置非阻塞                 sc.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ );//在建立好的管道上，注冊關(guān)心的事件 可讀         } else if (key.isReadable()) { //flip             SocketChannel sc = null;                 sc = (SocketChannel)key.channel();                 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(512);                 buffer.clear();                 int len = sc.read(buffer);                 if(len != -1) {                     System.out.println("[" +Thread.currentThread().getName()+"] recv :"+ new String(buffer.array(), 0, len));                 }                 ByteBuffer bufferToWrite = ByteBuffer.wrap("HelloClient".getBytes());                 sc.write(bufferToWrite);         }     }

②I/O 多路復用：Poll

簡介：設(shè)計新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(鏈表)提供使用效率。

Poll 和 Select 相比在本質(zhì)上變化不大，只是 Poll 沒有了 Select 方式的最大文件描述符數(shù)量的限制。

缺點：逐個排查所有 FD 狀態(tài)效率不高。

③I/O 多路復用：Epoll

簡介：沒有 FD 個數(shù)限制，用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)只需要一次，使用事件通知機制來觸發(fā)。

通過 epoll_ctl 注冊 FD，一旦 FD 就緒就會通過 Callback 回調(diào)機制來激活對應 FD，進行相關(guān)的 I/O 操作。

缺點如下：

• 跨平臺，Linux 支持最好。 

• 底層實現(xiàn)復雜。 

• 同步。

public static void main(String[] args) throws Exception {         final AsynchronousServerSocketChannel serverChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open()                 .bind(new InetSocketAddress(Constant.HOST, Constant.PORT));         serverChannel.accept(null, new CompletionHandler() {             @Override             public void completed(final AsynchronousSocketChannel client, Object attachment) {                 serverChannel.accept(null, this);                 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);                 client.read(buffer, buffer, new CompletionHandler() {                     @Override                     public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {                         attachment.flip();                         client.write(ByteBuffer.wrap("HelloClient".getBytes()));//業(yè)務邏輯                     }                     @Override                     public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {                         System.out.println(exc.getMessage());//失敗處理                     }                 });             }             @Override             public void failed(Throwable exc, Object attachment) {                 exc.printStackTrace();//失敗處理             }         });         while (true) {             //不while true main方法一瞬間結(jié)束         }     }

當然上面的缺點相比較它的優(yōu)點都可以忽略。JDK 提供了異步方式實現(xiàn)，但在實際的 Linux 環(huán)境中底層還是 Epoll，只不過多了一層循環(huán)，不算真正的異步非阻塞。

而且就像上圖中代碼調(diào)用，處理網(wǎng)絡連接的代碼和業(yè)務代碼解耦得不夠好。

Netty 提供了簡潔、解耦、結(jié)構(gòu)清晰的 API。

public static void main(String[] args) {         new NettyServer().serverStart();         System.out.println("Netty server started !");     }     public void serverStart() {         EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();         EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();         ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();         b.group(bossGroup, workerGroup)                 .channel(NioServerSocketChannel.class)                 .childHandler(new ChannelInitializer() {                     @Override                     protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {                         ch.pipeline().addLast(new Handler());                     }                 });         try {             ChannelFuture f = b.localAddress(Constant.HOST, Constant.PORT).bind().sync();             f.channel().closeFuture().sync();         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             workerGroup.shutdownGracefully();             bossGroup.shutdownGracefully();         }     } }  class Handler extends ChannelInboundHandlerAdapter {     @Override     public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {         ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;         ctx.writeAndFlush(msg);         ctx.close();     }      @Override     public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {         cause.printStackTrace();         ctx.close();     } }

bossGroup 處理網(wǎng)絡請求的大管家（們），網(wǎng)絡連接就緒時，交給 workGroup 干活的工人（們）。

“ Linux下的網(wǎng)絡IO模型怎么理解”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實用文章！