【初识Netty】IO模型

Netty是什么?

作为Java开发者,相信大家或多或少都听说过或者是使用过Netty,而说起Netty,就不得不先说一下IO模型。

IO模型

Unix网络编程中定义了五种网络模型:

  1. 阻塞IO
  2. 非阻塞IO
  3. IO多路复用
  4. 信号驱动IO
  5. 异步IO

很多朋友在看到IO、阻塞、非阻塞、同步、异步等字眼的时候都感到头大,之前也和同事讨论过这个问题。那么是不是阻塞等于同步,非阻塞等于异步?按照我自己的理解来说:

  • 同步、异步:是一种访问数据的方式,同步需要主动的进行数据读写,而异步则只需要一个数据读写成功的通知,读写都由内核来完成
  • 阻塞、非阻塞:是进程在IO过程中是否会挂起进行等待,如果需要等待则是阻塞,否则是非阻塞

从上面的描述上可以看到,凡是异步的IO,就一定是非阻塞的,不存在异步阻塞IO这种IO模型,前四种IO模型全部是同步IO。一次IO操作简单来说会经历两个阶段:

  1. 等待数据准备完成
  2. 从内核将数据拷贝至用户进程中

1.阻塞IO

阻塞IO

从图上可以看到,在阻塞IO模型中用户进程发起一次IO请求,内核需要等待数据准备完成,在数据准备完成后,进行数据拷贝,拷贝完成后给用户进程返回IO成功。从应用角度来看,整个IO过程直至内核返回成功之前,进程都处等待操作完成的状态;而从内核角度来看,数据准备阶段,需要阻塞等待数据准备完成,数据拷贝阶段也需要阻塞等待拷贝完成,IO的两个阶段都被阻塞了,所以这是一种同步阻塞的IO方式。

2.非阻塞IO

非阻塞IO

阻塞IO工作时,用户进程完全被阻塞住而不能进行其他的工作。从图中可以看出,当用户进程发出read操作时,如果内核中的数据还没有准备好,那么它并不会阻塞用户进程,而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲 ,它发起一个read操作后,并不需要等待,而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时,它就知道数据还没有准备好,于是它可以再次发送read操作。一旦内核中的数据准备好了,并且又再次收到了用户进程的system call,那么它马上就将数据拷贝到了用户内存,然后返回。在非阻塞式IO中,用户进程其实是需要不断的主动询问内核数据准备好了没有。

3.IO多路复用

IO多路复用

IO多路复用也会被人们称为事件驱动IO。使用select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select/epoll这个方法会不断的轮询所负责的所有socket,当某个socket有数据到达了,就通知用户进程。用户进程收到通知后进行数据拷贝的系统调用,这个阶段是从内核角度来看阻塞等待数据拷贝完成的,所以IO多路复用也是一种同步的IO模式。

4.异步IO

异步IO

用户进程发起read操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面,从内核的角度,当它收到一个异步读请求之后,首先会立刻返回,所以不会对用户进程产生任何阻塞。然后,内核会等待数据准备完成,然后将数据拷贝到用户内存,当这一切都完成之后,内核会给用户进程发送一个signal,告诉它read操作完成了。整个过程中都不需要用户进程进行主动的阻塞数据读写操作,完全没有阻塞。用户进程只需要发起IO请求,然后做其他事,收到IO完成的通知后,直接对数据进行操作。

Java NIO

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