1萤厅、文件IO

JAVA-IO.png

使用 Off Heap 堆外內(nèi)存，減少了堆內(nèi)向堆外拷貝過程蜜笤，效率要高一些濒蒋，

堆內(nèi)：JVM 堆內(nèi)內(nèi)存。

堆外：JVM堆外把兔，JAVA 進程堆內(nèi)沪伙。

mapped映射：是 mmap 調(diào)用的一個進程和內(nèi)核共享的內(nèi)存區(qū)域，且這個內(nèi)存區(qū)域是 PageCache 到文件的映射县好。

性能表現(xiàn) mapped > off heap > on heep围橡。

Java 普通IO，每次調(diào)用寫操作聘惦，都會向 OS PageCache 溢寫某饰，而 Buffered IO(8KB)儒恋，向其寫入時，僅寫入到 JVM 內(nèi)存黔漂，知道寫滿之后诫尽，才會溢寫到 PageCache。

對比來看炬守，Buffered 少了很多 system call 和 int 0x80牧嫉，因此效率高很多。

ByteBuffer

內(nèi)存分配

• 堆內(nèi)分配：ByteBuffer.allocate(1024)
• 堆外分配：ByteBuffer.allocateDirect(1024)

函數(shù)

• put：寫入數(shù)據(jù)减途，并移動 position 指針酣藻。

ByteBuffer-PUT.png

• flip：由寫模式切換到讀模式。讀模式下調(diào)用鳍置，會使 limit 指向當(dāng)前 position 位置辽剧，造成指針錯亂。

ByteBuffer-FLIP.png

• get：讀取數(shù)據(jù)税产，并移動 position 指針怕轿。讀操作應(yīng)在 flip 操作后執(zhí)行，否則可能讀取到錯誤數(shù)據(jù)辟拷。

ByteBuffer-GET.png

• compact：壓縮數(shù)據(jù)撞羽，并切換到寫模式。如果在寫模式調(diào)用衫冻，數(shù)據(jù)會錯亂诀紊，因為 limit 指向 了 tail。

ByteBuffer-COMPACT.png

• mark - reset：標(biāo)記 position 位置隅俘，重置 position 到 mark 位置邻奠，不會切換讀寫模式，讀寫模式都可用为居。

ByteBuffer-MARK-RESET.png

• slice：創(chuàng)建一個新的字節(jié)緩沖區(qū)惕澎，其內(nèi)容是給定緩沖區(qū)內(nèi)容的共享子序列。

  新緩沖區(qū)的內(nèi)容將從該緩沖區(qū)的當(dāng)前位置開始颜骤。對該緩沖區(qū)內(nèi)容的更改將在新緩沖區(qū)中可見，反之亦然捣卤。這兩個緩沖區(qū)的位置忍抽，限制和標(biāo)記值將是獨立的。

  新緩沖區(qū)的位置將為零董朝，其容量和限制將為該緩沖區(qū)中剩余的浮點數(shù)鸠项，并且其標(biāo)記將不確定。當(dāng)且僅當(dāng)該緩沖區(qū)是直接緩沖區(qū)時子姜，新緩沖區(qū)才是直接緩沖區(qū)祟绊；當(dāng)且僅當(dāng)該緩沖區(qū)是只讀緩沖區(qū)時，新緩沖區(qū)才是只讀緩沖區(qū)。

• rewind：清除 mark 標(biāo)記牧抽，并將 position 指針 重置為0嘉熊。

• clear：重置緩沖區(qū)，清除 mark 標(biāo)記扬舒，重置 position 指針阐肤，重置 limit 指針，回歸寫模式讲坎。

RandomAccessFile

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(new File("/path/to/file"), "rw");
// 寫數(shù)據(jù)
raf.write(new byte[5]);
// 移動指針
raf.seek(0L);
// 跳過字節(jié)
raf.skipBytes(1);
// 讀數(shù)據(jù) off:輸入數(shù)組偏移量 len:讀字節(jié)數(shù)
raf.read(new byte[10], 0, 10);
// 關(guān)閉并寫盤
raf.close();

FileChannel

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(new File("/path/to/file"), "rw");
FileChannel channel = raf.getChannel();
// Zero Copy
channel.transferTo(position, count, target);
channel.transferFrom(src, position, count);

MappedByteBuffer

• 不通過系統(tǒng)調(diào)用货邓，數(shù)據(jù)直接到達(dá) PageCache秆撮。
• mmap 的內(nèi)存映射，依然受內(nèi)核 pageCache 體系所約束换况。
• DirectIO 是忽略內(nèi)核的 PageCache职辨，Java 沒有直接使用內(nèi)核 DirectIO 的支持，需要C程序JNI擴展庫戈二。
• MappedByteBuffer 只是交給程序開辟自己的字節(jié)數(shù)組充當(dāng) PageCache舒裤，仍需要程序動用代碼維護一致性/Dirty等一系列問題。

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(new File("/path/to/file"), "rw");
FileChannel channel = raf.getChannel();

MappedByteBuffer map = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 4090);
// 其余操作函數(shù)可參考 ByteBuffer
map.put(new byte[10]);
// PC數(shù)據(jù)寫入存儲設(shè)備
buffer.force();

2鲜滩、TCP網(wǎng)絡(luò)IO

服務(wù)端 LISTEN 狀態(tài)端口號伴鳖，最多65535個。

服務(wù)端無需為 Client 連接分配隨機端口號徙硅，只要四元組（源IP榜聂、源端口、目標(biāo)IP嗓蘑、目標(biāo)端口）不同须肆，就可以確定一個連接匿乃。

三次握手是內(nèi)核級的，ServerSocket 啟動之后豌汇，客戶端連接時幢炸，無需等待 server.accept() 即可完成三次握手，建立連接瘤礁。

因為客戶端連接是連接層業(yè)務(wù)阳懂，不需要等待應(yīng)用層響應(yīng)。

客戶端連接建立之后柜思，server.accept() 之前岩调，OS 僅僅開辟資源，并不會分配 FD赡盘。

當(dāng) server.accept() 之后号枕，OS 才會創(chuàng)建 FD，F(xiàn)D 在 Java 中體現(xiàn)為 Socket 對象陨享。

ServerSocket配置

• BACK_LOG：未 accept 的連接隊列長度葱淳，超過此數(shù)量的連接，在 netstat 中體現(xiàn)為 SYN_RECV 狀態(tài)抛姑。

• SO_TIMEOUT：server.accept() 超時配置赞厕，超過閾值未收到連接請求，會跑出 SocketTimeoutException 異常定硝，但并不會造成 server 崩潰皿桑。

• RECEIVE_BUFFER_SIZE：最大接收窗口，默認(rèn) 8192蔬啡。最終數(shù)值由三次握手之后雙方最小緩沖區(qū)為基準(zhǔn)诲侮。

• REUSE_ADDRESS：端口重用。如果禁用箱蟆，在程序關(guān)閉后沟绪，端口可能會繼續(xù)占用一段時間，如果此時立刻重啟程序空猜，會拋出異常绽慈。

  綁定到相同端口的程序，必須全部啟用該配置辈毯，才可重用端口久信，設(shè)置此參數(shù)必須在程序綁定到一個本地端口之前調(diào)用。

Socker配置

• KEEP_ALIVE：TCP連接空閑時是否需要向?qū)Ψ桨l(fā)送探測包漓摩，依賴于底層的TCP模塊實現(xiàn)的，Java中只能設(shè)置是否開啟入客，不能設(shè)置其詳細(xì)參數(shù)管毙，依賴于系統(tǒng)配置腿椎。

• SO_TIMEOUT：在與此 Socket 關(guān)聯(lián)的 InputStream 上調(diào)用 read() 將只阻塞此時間長度，超時將引發(fā) SocketTimeoutException夭咬，但 socket 不會崩潰啃炸。

• OOB_INLINE：TCP的緊急指針，一般不建議使用卓舵，且不同的TCP/IP實現(xiàn)不同南用。

  雖然 Socket.sendUrgentData() 的參數(shù)是 int 類型，但只有這個int類型的低字節(jié)被發(fā)送掏湾，其它的三個字節(jié)被忽略裹虫。

  客戶端和服務(wù)端必須同時開啟，否則無法使用 Socket.sendUrgentData() 發(fā)送數(shù)據(jù)融击。

• RECEIVE_BUFFER_SIZE：最大接收窗口筑公，默認(rèn) 8192。最終數(shù)值由三次握手之后雙方最小緩沖區(qū)為基準(zhǔn)尊浪。

• SEND_BUFFER_SIZE：最大發(fā)送窗口匣屡，默認(rèn) 8192。最終數(shù)值由三次握手之后雙方最小緩沖區(qū)為基準(zhǔn)拇涤。

• REUSE_ADDRESS：端口重用捣作。如果禁用，在程序關(guān)閉后鹅士，端口可能會繼續(xù)占用一段時間券躁，如果此時立刻重啟程序，會拋出異常如绸。

  綁定到相同端口的程序嘱朽，必須全部啟用該配置，才可重用端口怔接，設(shè)置此參數(shù)必須在程序綁定到一個本地端口之前調(diào)用搪泳。

• SO_LINGER：控制 Socket 關(guān)閉行為，

  • 默認(rèn)情況執(zhí)行 Socket.close() 立即返回扼脐，但底層的連接不會立即關(guān)閉岸军，會延遲一段時間，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完成瓦侮，才會真正的關(guān)閉 Socket艰赞，斷開連接。
  • Socket.setSoLinger(true, 0)：執(zhí)行 Socket.close() 會立即返回肚吏，底層 Socket 立即關(guān)閉方妖，所有未發(fā)送數(shù)據(jù)被丟棄。
  • Socket.setSoLinger(true, 3600)：執(zhí)行 Socket.close() 會進入阻塞狀態(tài)罚攀，底層 Socket 嘗試發(fā)送剩余數(shù)據(jù)党觅，直到如下條件解除阻塞狀態(tài)：
    1. 剩余數(shù)據(jù)發(fā)送完成雌澄。
    2. 剩余數(shù)據(jù)未發(fā)送完成，但阻塞超過 3600毫秒杯瞻，立即返回镐牺，且丟棄剩余數(shù)據(jù)。

• TCP_NO_DELAY：默認(rèn) false魁莉，為啟用 Nagle算法睬涧。Nagle 算法的立意是，避免網(wǎng)絡(luò)中充塞小封包旗唁，提高網(wǎng)絡(luò)的利用率畦浓。