輸入IO與輸出IO原理
內(nèi)核態(tài): CPU可以訪問內(nèi)存所有數(shù)據(jù), 包括外圍設(shè)備, 例如硬盤, 網(wǎng)卡单芜；
用戶態(tài): (獨(dú)立創(chuàng)建應(yīng)用程序) 只能受限的訪問內(nèi)存, 且不允許訪問外圍設(shè)備. 占用CPU的能力被剝奪, CPU資源可以被其他程序獲
1蜕该、BIO(Blocking I O) 同步阻塞模型： 一個(gè)線程對(duì)應(yīng)一個(gè)客戶端連接。
應(yīng)用場(chǎng)景:BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)， 這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高， 但程序簡(jiǎn)單易理解柜蜈。
2客年、NIO(Non Blocking I O) 同步非阻塞：服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)線程可以處理多個(gè)請(qǐng)求(連接)，客戶端發(fā)送的連接請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到 多路復(fù)用器selector上，多路復(fù)用器輪詢到連接有IO請(qǐng)求就進(jìn)行處理。
應(yīng)用場(chǎng)景:NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作） 的架構(gòu)， 比如聊天服務(wù)器更啄， 彈幕系統(tǒng)， 服務(wù)器間通訊居灯，編程比較復(fù)雜祭务， JDK1.4 開始支持
3、AIO(NIO 2.0) 異步非阻塞：由操作系統(tǒng)完成后回調(diào)通知服務(wù)端程序啟動(dòng)線程去處理怪嫌，一般適用于連接數(shù)較多且連接時(shí)間較長(zhǎng)的應(yīng)用义锥。是在NIO的基礎(chǔ)上進(jìn)一步封裝的。
應(yīng)用場(chǎng)景：AIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較長(zhǎng)（重操作） 的架構(gòu)岩灭，JDK7 開始支持
同步和異步的區(qū)別 同步和異步的區(qū)別
簡(jiǎn)單理解同步與異步：
同步也就是程序從上往下實(shí)現(xiàn)執(zhí)行拌倍，順序執(zhí)行
異步從新開啟一個(gè)新分支，相互不會(huì)影響噪径，并行執(zhí)行柱恤；
站在Http協(xié)議上分析同步與異步區(qū)別：
我們的Http協(xié)議請(qǐng)求默認(rèn)情況下同步形式調(diào)用，如果調(diào)用過程非常耗時(shí)的情況下 客戶端等待時(shí)間就非常長(zhǎng)找爱， 這種形式我們可以理解阻塞式梗顺；
解決辦法：耗時(shí)的代碼我們可以使用多線程或者M(jìn)Q實(shí)現(xiàn)處理，但是不能立馬獲取結(jié)果车摄； 客戶端可以主動(dòng)查詢
阻塞與非阻塞的區(qū)別
阻塞: 如果我沒有獲取到結(jié)果的情況下寺谤，當(dāng)前線程從運(yùn)行狀態(tài)切換為阻塞狀態(tài) 內(nèi)核角度分析：用戶空間切換到內(nèi)核空間
非阻塞：如果我沒有獲取到結(jié)果的情況下仑鸥，當(dāng)前的線程不會(huì)阻塞。
BIO(Blocking IO) 同步阻塞模型
一個(gè)線程處理一個(gè)客戶端請(qǐng)求变屁；
缺點(diǎn)：
1眼俊、IO代碼里read操作是阻塞操作，如果獲取不到數(shù)據(jù)的情況下敞贡，則會(huì)阻塞泵琳；
2、如果線程使用過多的情況下誊役，非常消耗服務(wù)器端cpu的資源；
應(yīng)用場(chǎng)景：
BIO 方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)谷市， 這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高
BIO客戶端代碼：
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
/***
* SocketBioClient
*/
public class SocketBioClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9001);
//向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)
socket.getOutputStream().write("來演示下同步阻塞Bio".getBytes());
socket.getOutputStream().flush();
System.out.println("向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束");
byte[] bytes = new byte[1024];
//接收服務(wù)端回傳的數(shù)據(jù)
socket.getInputStream().read(bytes);
System.out.println("接收到服務(wù)端的數(shù)據(jù)：" + new String(bytes));
socket.close();
}
}
BIO服務(wù)器端代碼：
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/**
* @ClassName SocketBioServer
*/
public class SocketBioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9001);
while (true) {
System.out.println("服務(wù)器端正在等待連接中...");
// 阻塞方法 如果沒有客戶端與服務(wù)器端建立連接時(shí)蛔垢，該方法會(huì)阻塞等待
final Socket socket = serverSocket.accept();
System.out.println("有客戶端和我連接啦");
//如果不使用異步線程處理接受io操作的情況下，有可能會(huì)阻塞等待 無法接受新的連接請(qǐng)求迫悠。
new Thread(() -> {
try {
handler(socket);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
// handler(socket);
}
}
private static void handler(Socket socket) throws IOException {
System.out.println("線程id= " + Thread.currentThread().getId());
byte[] bytes = new byte[1024];
System.out.println("開始read..");
//接收客戶端的數(shù)據(jù)鹏漆，如果沒有讀取到客戶端數(shù)據(jù)時(shí)，該方法也會(huì)阻塞
int read = socket.getInputStream().read(bytes);
System.out.println("read結(jié)束");
if (read != -1) {
System.out.println("接收到客戶端的數(shù)據(jù)：" + new String(bytes, 0, read));
System.out.println("線程id= = " + Thread.currentThread().getId());
}
socket.getOutputStream().write("BIO阻塞效果演示完畢".getBytes());
socket.getOutputStream().flush();
}
}
NIO(Non Blocking IO) 同步非阻塞
NIO同步非阻塞的原理：多個(gè)客戶端發(fā)送連接請(qǐng)求注冊(cè)到（多路復(fù)用器）selector中创泄，多路復(fù)用器使用輪訓(xùn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)檢測(cè)每個(gè)io請(qǐng)求有數(shù)據(jù)就進(jìn)行處理艺玲。
底層實(shí)現(xiàn)原理：I/O多路復(fù)用底層一般用的Linux API（select，poll鞠抑，epoll）來實(shí)現(xiàn)
NIO 有三大核心組件： Channel(通道)饭聚， Buffer(緩沖區(qū))，Selector(選擇器)
1.Channel(通道) :稱之為通道搁拙，和IO相連秒梳，通信雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)交流的通道，需要和buffer結(jié)合使用箕速。
2.Buffer(緩沖區(qū)) :對(duì)數(shù)據(jù)的讀取/寫入需要使用buffer酪碘，buffer本質(zhì)就是一個(gè)數(shù)組。
3.Selector(選擇器): IO多路復(fù)用盐茎，一個(gè)線程Thread使用選擇器Selector通過輪詢的方式去監(jiān)聽多個(gè)通道Channel上的事件兴垦，從而讓一個(gè)線程可以處理多個(gè)事件。
模擬NIO底層代碼實(shí)現(xiàn)
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* 模擬偽裝nio底層原理
* SocketNioTcpServer
*/
public class SimulationNioTcpServer {
/**
* 保存SocketChannel
*/
private static List<SocketChannel> listSocketChannel = new ArrayList<>();
/**
* 緩沖區(qū)大小
*/
private static ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
public static void main(String[] args) {
try {
// 1.創(chuàng)建一個(gè)ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 2. 綁定地址
ServerSocketChannel bind = serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
// 3.設(shè)置非阻塞模式
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
while (true) {
// 4.等待建立連接 如果設(shè)置非阻塞的情況下字柠，如果沒有獲取連接的情況下直接返回null探越，如果建立連接之后返回socketChannel
// 建立三次握手
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
// 5. 如果socketChannel 不為空的情況下，則將該連接保存起來募谎。
if (socketChannel != null) {
// 設(shè)置該socketChannel通道為fasle
socketChannel.configureBlocking(false);
listSocketChannel.add(socketChannel);
}
// 循環(huán)SocketChannel,檢查每個(gè)SocketChannel中數(shù)據(jù)有傳輸數(shù)據(jù)
for (SocketChannel scl : listSocketChannel) {
try {
// 6.以緩沖區(qū)方式讀取
int read = scl.read(byteBuffer);
if (read > 0) {
byteBuffer.flip();
// 轉(zhuǎn)換格式為中文的格式
Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
String receiveText = charset.newDecoder().decode
(byteBuffer.asReadOnlyBuffer()).toString();
System.out.println("receiveText:" + receiveText);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
選擇器IO多路復(fù)用底層原理
IO多路復(fù)用 一個(gè)線程Thread使用選擇器Selector通過輪詢的方式去監(jiān)聽多個(gè)通道Channel上的事件扶关，從而讓一個(gè)線程可以處理多個(gè)事。I/O多路復(fù)用底層一般用的Linux API（select数冬，poll节槐，epoll）來實(shí)現(xiàn)
1.select：底層采用該數(shù)組方式存放 每次調(diào)用遍歷的時(shí)間復(fù)雜度就是為O(n),有可能會(huì)產(chǎn)生空輪訓(xùn)搀庶，比如 保存1萬個(gè)連接，最終只有1個(gè)連接有傳輸數(shù)據(jù)铜异。
2.poll：底層采用鏈表結(jié)構(gòu)存放哥倔，每次調(diào)用遍歷的時(shí)間復(fù)雜度就是為O(n)，poll與select之間區(qū)別不是很大揍庄；select監(jiān)視器單個(gè)進(jìn)程可監(jiān)視的fd數(shù)量被限制（可以通過cat /proc/sys/fs/file-max咆蒿， poll 是沒有監(jiān)視的fd數(shù)量限制,Linux服務(wù)器中創(chuàng)建Socket服務(wù)器端 單個(gè)select進(jìn)程可監(jiān)事的fd（連接數(shù)據(jù)）限制)
3.epoll：采用事件通知回調(diào)方式，避免空輪休時(shí)間復(fù)雜度為o(1);
注意：windows操作系統(tǒng)是沒有epoll蚂子，只有l(wèi)inux系統(tǒng)才有epoll
