本文是觀看了B站的馬士兵的視頻后的總結(jié)：
清華大牛權(quán)威講解nio,epoll,多路復(fù)用，更好的理解redis-netty-Kafka等熱門技術(shù)
和知乎的一篇文章：
看不懂來砍我乔外，epoll原理
理解Socket基礎(chǔ)1—計算機基礎(chǔ)
我們知道內(nèi)存是被分為內(nèi)核和用戶兩個部分的床三，內(nèi)核用于運行操作系統(tǒng)和硬件相關(guān)的底層驅(qū)動，由于系統(tǒng)的保護機制杨幼，用戶態(tài)的進程是無法直接訪問硬件的撇簿，比如網(wǎng)絡(luò)通信的硬件網(wǎng)卡；
硬件設(shè)備接收事件（網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù)幀差购，鍵盤接收輸入等）四瘫，當(dāng)有了事件后，硬件層會產(chǎn)生一個中斷歹撒，CPU會立刻停止當(dāng)前的工作（比如當(dāng)前正在執(zhí)行用戶進程）處理這個中斷莲组，處理的工作就是內(nèi)核去實現(xiàn)，比如調(diào)用內(nèi)核中對應(yīng)硬件驅(qū)動的回調(diào)暖夭；
用戶態(tài)的進行想要訪問硬件資源（和硬件交互）必須通過內(nèi)核锹杈，內(nèi)核會提供
系統(tǒng)調(diào)用讓用戶態(tài)安全的訪問計算機；
拿Socket舉例迈着，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過物理網(wǎng)線傳給網(wǎng)卡竭望，此時網(wǎng)卡會產(chǎn)生一個中斷，告訴CPU有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進入電腦了裕菠，這時會將數(shù)據(jù)交給內(nèi)核咬清，具體放在哪我也沒研究過，反正就是放在內(nèi)核里面奴潘，用戶態(tài)（Java）必須通過系統(tǒng)調(diào)用去拿到這個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)
BIO
傳統(tǒng)的IO使用（偽代碼）
// 客戶端
Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8090);
socket.getOutputStream();
socket.getInputStream();
// 服務(wù)端
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8089);
Socket socket = serverSocket.accept();
socket.getOutputStream();
socket.getInputStream();
客戶端：
- 創(chuàng)建Socket對象旧烧，傳入服務(wù)端對應(yīng)的ip和端口，會自動連接
- 獲取IO流通信
服務(wù)端：
- 服務(wù)端創(chuàng)建
ServerSocket對象画髓，綁定ip和port -
ServerSocket調(diào)用accept()監(jiān)聽客戶端連接掘剪，練連接完成會返回客戶端對應(yīng)的Socket對象(這是一個阻塞方法，一般會在循環(huán)中開啟線程去執(zhí)行奈虾，即一個線程一個Socket連接) - 完事兒以后通過Socket獲取IO流進行數(shù)據(jù)的讀寫
這些是我們在java層做的事情夺谁，那么網(wǎng)絡(luò)通信是如何發(fā)生的呢？
首先java層是用戶態(tài)的一個進程肉微，他是無法直接讀取網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)的匾鸥，必須通過系統(tǒng)調(diào)用到內(nèi)核中去獲取碉纳；系統(tǒng)調(diào)用是通過native層去實現(xiàn)的勿负；
BIO存在的問題：
- accept（）和IO的讀寫是阻塞方法，必須開啟多線程劳曹，每一個Socket連接建立一個線程
- 很多Socket連接建立了并沒有通信笆环，會浪費大量的系統(tǒng)資源攒至；
NIO
為了解決線程浪費問題出現(xiàn)了NIO，將阻塞方法改為非阻塞方法躁劣，如果有連接迫吐，有數(shù)據(jù)，就去處理账忘，沒有的話繼續(xù)執(zhí)行下面志膀，等待下次循環(huán)；
NIO存在的問題：
NIO雖然解決了線程浪費的問題鳖擒，可是如果在大量網(wǎng)絡(luò)請求的情況下溉浙，當(dāng)前方案下的執(zhí)行效率會變得非常的低，因為Java層的循環(huán)變得非常的長蒋荚，并且每次循環(huán)都需要調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用去詢問內(nèi)核這個請求有沒有用戳稽，這個連接有沒有數(shù)據(jù)，大量的無效的系統(tǒng)調(diào)用也會影響性能期升；
Select：
為了解決NIO在java層大量無效循環(huán)調(diào)用
System call的情況惊奇，出現(xiàn)了一個select系統(tǒng)調(diào)用，Select的作用是將10000此循環(huán)全部通過一次SC交給內(nèi)核播赁，由內(nèi)核去循環(huán)颂郎，判斷哪些是有效的循環(huán)，比如100次有效循環(huán)容为，那么我的java就可以有目的性的去調(diào)用100次有效的SC去進行數(shù)據(jù)讀寫乓序，Socket連接建立；
select缺點：
- 需要將連接一次性傳遞給內(nèi)核
- 雖然省去了大量的SC坎背，但是內(nèi)核需要去遍歷循環(huán)替劈，內(nèi)核的內(nèi)存壓力會增大
Epoll：
等待隊列紅黑樹：
Epoll將所有的Socket連接都在內(nèi)核中保存了下來，就省去了Select一次性將所有的Socket連接發(fā)過來的這一步驟得滤；
就緒列表雙向鏈表：
Select效率低的原因是因為需要遍歷所有的連接才能知道哪個連接有數(shù)據(jù)陨献，而epoll通過維護一個集合，存放所有的就緒連接耿戚，這樣就避免了遍歷的步驟湿故；當(dāng)有數(shù)據(jù)到達時阿趁，中斷程序會產(chǎn)生一個中斷將有數(shù)據(jù)的Socket添加到就緒列表膜蛔；
epoll將多路復(fù)用的實現(xiàn)拆分為三個步驟：
-
epoll_create:內(nèi)核會產(chǎn)生一個epoll 實例數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并返回一個文件描述符，這個特殊的描述符就是epoll實例的句柄脖阵，后面的兩個接口都以它為中心 -
epoll_ctl:維護等待隊列將被監(jiān)聽的描述符添加到紅黑樹或從紅黑樹中刪除皂股，或者對監(jiān)聽事件進行修改 -
epoll_wait:阻塞進程，等待數(shù)據(jù)命黔，程序執(zhí)行到這一步時呜呐，如果就緒列表有數(shù)據(jù)就斤，就直接返回，如果沒有數(shù)據(jù)就會阻塞蘑辑；
NIO
NonBlocking IO特點：
- 非阻塞ＩＯ洋机，沒有數(shù)據(jù)時不會阻塞，而是返回０
- 單線程處理多任務(wù)
核心類：
- channel
- selector
- buffer
channel:
channel通道類似流洋魂，既可以從流讀取數(shù)據(jù)绷旗，也可以寫入數(shù)據(jù)到流，流是單向的副砍，通道是雙向的衔肢；
channel的實現(xiàn):
- FileChannel:從文件中讀寫數(shù)據(jù),無法設(shè)置為非阻塞式
- DataGramChannel:從ＵＤＰ讀寫網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)
- SocketChannel:從ＴＣＰ讀寫網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)
- ServerSocketChannel:監(jiān)聽新進來的ＴＣＰ連接，每一個新的ＴＣＰ連接都會創(chuàng)建一個新的SocketChannel
buffer
NIO buffer 提供了一組方法豁翎，用來訪問緩沖區(qū)角骤，對于緩沖區(qū)，本質(zhì)上是一塊可以寫入數(shù)據(jù)心剥，可以讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)存邦尊；
buffer的使用：
１．channel寫入數(shù)據(jù)到buffer
２．調(diào)用buffer的flip（）make buffer ready to read
３. 從buffer中讀取數(shù)據(jù)
４．調(diào)用buffer的clear()｀make buffer ready to write｀
buffer的工作原理：
buffer的重要屬性：capacity position limit
capacity:作為一個內(nèi)存塊，buffer有一個固定大小刘陶，capacity就是記錄buffer的大小
position：當(dāng)buffer寫入的時候position從０開始胳赌，放入一個數(shù)據(jù)，position就后移一位匙隔；當(dāng)buffer讀取的時候疑苫，position從０開始，每讀一個數(shù)據(jù)纷责，后移一位捍掺；
limit:在寫入的時候，limit同capacity,表示可以寫入的大性偕拧挺勿；在讀取時，表示當(dāng)前可讀取的數(shù)量喂柒；
buffer的類型：
- ByteBuffer:
- CharBuffer:
- DoubleBuffer:
- FloatBuffer:
- IntBuffer:
- LongBuffer:
- ShortBuffer:
buffer的創(chuàng)建（分配）:
// 分配了４８字節(jié)大小的字符Buffer
CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(48);
向buffer寫入數(shù)據(jù)
// 1 直接用 put（） 寫入
charBuffer.put('1');
// 2 channel寫入到buffer
channel.read(buffer);
flip():將buffer從寫模式轉(zhuǎn)換成讀模式
從buffer讀取數(shù)據(jù)
// 1 直接使用 get() 讀取
char c = charBuffer.get();
// 2 讀取到channel中
channel.write(buffer);
rewind():將position重新設(shè)置為０不瓶，可以再次讀取buffer(limit保持不變)clear():將buffer從讀模式轉(zhuǎn)為寫模式，clear不會保存原來的數(shù)據(jù)灾杰，compact():compact會將未讀的數(shù)據(jù)拷貝到buffer的起始處蚊丐，并且將position移到最后一個數(shù)后面mark() & reset() :通過mark 記錄position的值，再通過reset恢復(fù)到之前記錄的positionequals() :比較buffer內(nèi)的剩余元素艳吠，如果它們類型相等麦备，數(shù)量相等，元素值相等，那么兩個buffer 就相等compareTo() :比較元素的數(shù)量和元素值的大辛莞荨黍匾；
分散和聚集（Scatter/Gather）：
-
分散：將channel的數(shù)據(jù)分散讀取到多個buffer中
scatter read
// 分散 ， 一個channel的數(shù)據(jù)讀取到多個buffer
ByteBuffer head = ByteBuffer.allocate(20);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(480);
ByteBuffer[] buffers = {head,body};
try {
// 從channel讀取數(shù)據(jù)
channel.read(buffers);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
-
聚集：將多個buffer數(shù)據(jù)聚集寫入到一個channel中
gather write
// 聚集 呛梆， 多個buffer數(shù)據(jù)寫入channel
ByteBuffer head = ByteBuffer.allocate(20);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(480);
ByteBuffer[] buffers = {head,body};
try {
// 寫入數(shù)據(jù)到channel
channel.write(buffers);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
Selector
選擇器锐涯，用于實現(xiàn)單線程管理多個channel,即管理多個網(wǎng)絡(luò)連接
1. selector的創(chuàng)建：
try {
Selector selector = Selector.open();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
2. 向selector中注冊channel
// 將channel設(shè)置為非阻塞式
socketChannel.configureBlocking(false);
// 注冊到selector上
SelectionKey key = socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
注意, 如果一個 Channel 要注冊到 Selector 中, 那么這個 Channel 必須是非阻塞的, 即channel.configureBlocking(false); 因為 Channel 必須要是非阻塞的, 因此 FileChannel 是不能夠使用選擇器的, 因為 FileChannel 都是阻塞的
register（）第二個參數(shù)用于指定selector對channel的什么事件感興趣，常見的事件有：
- SelectionKey.OP_ACCEPT：確認(rèn)事件
- SelectionKey.OP_CONNECT：連接事件填物，ＴＣＰ連接
- SelectionKey.OP_READ：讀出事件
- SelectionKey.OP_WRITE：寫入事件
SelectionKey:
每次向Selector中注冊一個channel都會拿到一個SelectionKey對象全庸；通過selectionKey對綁定事件進行控制，SelectionKey重要的成員變量：
- interest Set：感興趣事件的集合
- ready Set：已準(zhǔn)備就緒的操作的集合
- Channel：
- Selector：
- 附加對象：
// 獲取 channel
key.channel();
// 獲取 selector
key.selector();
// 獲取 感興趣的事件
key.interestOps();
// 附加對象
key.attach(new Object());
Selector.select():
調(diào)用該方法后會阻塞融痛，知道被注冊的channel有事件出現(xiàn)壶笼，或者出現(xiàn)新的channel注冊事件
Set keySet = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = keySet.iterator();
while (iterator.hasNext()){
SelectionKey selectionKey = (SelectionKey) iterator.next();
// TODO: 通過 selectionKey 獲取channel 處理事件
iterator.remove(); // 刪除當(dāng)前元素（key）
}
