NIO叙赚、BIO和IO多路復用總結(jié)

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BIO

??讀取時如果數(shù)據(jù)還沒準備好乏矾,則阻塞線程。

缺點

  • 發(fā)生上下文切換润匙,一個線程管理一個io

NIO

??不阻塞诗眨,讀取時如果還沒數(shù)據(jù)準備好,則返回-1孕讳。

缺點

  • 如果都多個io匠楚,需要一個一個檢測,每次檢測調(diào)用read都會發(fā)生上下文切換(read是系統(tǒng)調(diào)用厂财,每調(diào)用一次就得在用戶態(tài)和核心態(tài)切換一次)
  • 第一次讀取不到時芋簿,不知道應該等待多久再嘗試讀取一次

IO多路復用

??IO多路復用(IO Multiplexing) 是這么一種機制:程序注冊一組socket文件描述符給操作系統(tǒng),表示“我要監(jiān)視這些fd是否有IO事件發(fā)生璃饱,有了就告訴程序處理”与斤。
??IO多路復用和NIO是要配合一起使用才有實際意義。
??IO多路復用有select、poll撩穿、epoll三種方式磷支。

select

??select只有一個函數(shù),調(diào)用select時食寡,需要將監(jiān)聽句柄和最大等待時間作為參數(shù)傳遞進去齐唆,select會發(fā)生阻塞,直到一個事件發(fā)生了冻河,或者等到最大1秒鐘(tv定義了這個時間長度)就返回。

缺點
  • select返回后要挨個遍歷fd茉帅,找到被“SET”的那些進行處理
  • select是無狀態(tài)的叨叙,即每次調(diào)用select,內(nèi)核都要重新檢查所有被注冊的fd的狀態(tài)堪澎。select返回后擂错,這些狀態(tài)就被返回了,內(nèi)核不會記住它們樱蛤;到了下一次調(diào)用钮呀,內(nèi)核依然要重新檢查一遍。于是查詢的效率很低
  • select能夠支持的最大的fd數(shù)組的長度是1024
poll

??poll優(yōu)化了select的一些問題昨凡,參數(shù)變得簡單一些爽醋,沒有了1024的限制。但其他的問題依舊便脊。

缺點
  • 依然是無狀態(tài)的蚂四,性能的問題與select差不多一樣
  • 應用程序仍然無法很方便的拿到那些“有事件發(fā)生的fd“,還是需要遍歷所有注冊的fd
epoll

??使用epoll時哪痰,需要先使用函數(shù)epoll_create()在內(nèi)核層創(chuàng)建了一個數(shù)據(jù)表遂赠,接口參數(shù)是一個表達要監(jiān)聽事件列表的長度的數(shù)值(會動態(tài)改變的)。這樣一來晌杰,不用每次監(jiān)聽都要傳一遍fd(傳遞fd會導致fd數(shù)據(jù)從用戶態(tài)復制到內(nèi)核態(tài))跷睦。
??創(chuàng)建完數(shù)據(jù)表,就可以使用另外一個函數(shù)epoll_ctl()來管理數(shù)據(jù)表肋演,對監(jiān)聽的fd執(zhí)行增刪改操作抑诸。
??最后再調(diào)用epoll_wait()方法等待事件的發(fā)生。

優(yōu)點
  • 為什么epoll的性能比select和poll要強呢惋啃? select和poll每次都需要把完成的fd列表傳入到內(nèi)核哼鬓,迫使內(nèi)核每次必須從頭掃描到尾。而epoll完全是反過來的边灭。epoll在內(nèi)核的數(shù)據(jù)被建立好了之后异希,每次某個被監(jiān)聽的fd一旦有事件發(fā)生,內(nèi)核就直接標記之。epoll_wait調(diào)用時称簿,會嘗試直接讀取到當時已經(jīng)標記好的fd列表扣癣,如果沒有就會進入等待狀態(tài)。
  • 同時憨降,epoll_wait直接只返回了被觸發(fā)的fd列表父虑,這樣上層應用寫起來也輕松愉快,再也不用從大量注冊的fd中篩選出有事件的fd了授药。

??epoll除了性能優(yōu)勢士嚎,還有一個優(yōu)點——同時支持水平觸發(fā)(Level Trigger)和邊沿觸發(fā)(Edge Trigger)。

水平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)

??考慮下圖中的例子悔叽。有兩個socket的fd——fd1和fd2莱衩。我們設定監(jiān)聽f1的“水平觸發(fā)讀事件“,監(jiān)聽fd2的”邊沿觸發(fā)讀事件“娇澎。我們使用在時刻t1笨蚁,使用epoll_wait監(jiān)聽他們的事件。在時刻t2時趟庄,兩個fd都到了100bytes數(shù)據(jù)括细,于是在時刻t3, epoll_wait返回了兩個fd進行處理。在t4戚啥,我們故意不讀取所有的數(shù)據(jù)出來奋单,只各自讀50bytes。然后在t5重新注冊兩個事件并監(jiān)聽猫十。在t6時辱匿,只有fd1會返回,因為fd1里的數(shù)據(jù)沒有讀完炫彩,仍然處于“被觸發(fā)”狀態(tài)匾七;而fd2不會被返回,因為沒有新數(shù)據(jù)到達江兢。

這個例子很明確的顯示了水平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)的區(qū)別昨忆。

  • 水平觸發(fā)只關(guān)心文件描述符中是否還有沒完成處理的數(shù)據(jù),如果有杉允,不管怎樣epoll_wait邑贴,總是會被返回。簡單說——水平觸發(fā)代表了一種“狀態(tài)”叔磷。
  • 邊沿觸發(fā)只關(guān)心文件描述符是否有新的事件產(chǎn)生拢驾,如果有,則返回改基;如果返回過一次繁疤,不管程序是否處理了,只要沒有新的事件產(chǎn)生,epoll_wait不會再認為這個fd被“觸發(fā)”了稠腊。簡單說——邊沿觸發(fā)代表了一個“事件”躁染。

??Netty的 epoll transport使用 epoll edge-triggered 而 java的 nio 使用 level-triggered

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