Netty基础

本博客根据黑马netty教程学习而做的笔记（基础），链接如下：黑马程序员Netty全套教程，全网最全Netty深入浅出教程，Java网络编程的王者

non-blocking io 非阻塞io

一、三大组件

1.Channel 数据传输通道

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

2.Buffer 数据缓冲区

• ByteBuffer
  • MappedByteBuffer
  • DirectByteBuffer
  • HeapByteBuffer
• ShortBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• FloatBuffer
• DoubleBuffer
• CharBuffer

3.Selector

在使用Selector之前，处理socket连接还有以下两种方法

1.使用多线程技术

为每个连接分别开辟一个线程，分别去处理对应的socke连接

这种方法存在以下几个问题

• 内存占用高
  • 每个线程都需要占用一定的内存，当连接较多时，会开辟大量线程，导致占用大量内存线程上下文切换成本高
• 只适合连接数少的场景
• 连接数过多，会导致创建很多线程，从而出现问题

2.使用线程池技术

这种方法存在以下几个问题

• 阻塞模式下，线程仅能处理一个连接
  • 线程池中的线程获取任务（task）后，只有当其执行完任务之后（断开连接后），才会去获取并执行下一个任务
  • 若socke连接一直未断开，则其对应的线程无法处理其他socke连接
• 仅适合短连接场景
  • 短连接即建立连接发送请求并响应后就立即断开，使得线程池中的线程可以快速处理其他连接

3.使用选择器

• selector 的作用就是配合一个线程来管理多个 channel（fileChannel因为是阻塞式的，所以无法使用selector），获取这些 channel 上发生的事件，这些 channel 工作在非阻塞模式下，当一个channel中没有执行任务时，可以去执行其他channel中的任务。适合连接数多，但流量较少的场景

二、ByteBuffer

使用方式

• 向 buffer 写入数据，例如调用 channel.read(buffer)
• 调用 flip() 切换至读模式
  • flip会使得buffer中的limit变为position，position变为0
• 从 buffer 读取数据，例如调用 buffer.get()
• 调用 clear() 或者compact()切换至写模式
  • 调用clear()方法时position=0，limit变为capacity
  • 调用compact()方法时，会将缓冲区中的未读数据压缩到缓冲区前面
• 重复以上步骤

public class TestByteBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        // 获得FileChannel
        try (FileChannel channel = new FileInputStream("stu.txt").getChannel()) {
            // 获得缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
            int hasNext = 0;
            StringBuilder builder = new StringBuilder();
            while((hasNext = channel.read(buffer)) > 0) {
                // 切换模式 limit=position, position=0
                buffer.flip();
                // 当buffer中还有数据时，获取其中的数据
                while(buffer.hasRemaining()) {
                    builder.append((char)buffer.get());
                }
                // 切换模式 position=0, limit=capacity
                buffer.clear();
            }
            System.out.println(builder.toString());
        } catch (IOException e) {
        }
    }
}

• capacity：缓冲区的容量。通过构造函数赋予，一旦设置，无法更改
• limit：缓冲区的界限。位于limit 后的数据不可读写。缓冲区的限制不能为负，并且不能大于其容量
• position：下一个读写位置的索引（类似PC）。缓冲区的位置不能为负，并且不能大于limit
• mark：记录当前position的值。position被改变后，可以通过调用reset() 方法恢复到mark的位置。
• 以上四个属性必须满足以下要求

mark <= position <= limit <= capacity

1.put()方法

• put()方法可以将一个数据放入到缓冲区中。
• 进行该操作后，postition的值会+1，指向下一个可以放入的位置。capacity = limit ，为缓冲区容量的值。

2.flip()方法

• flip()方法会切换对缓冲区的操作模式，由写->读 / 读->写
• 进行该操作后
  • 如果是写模式->读模式，position = 0 ， limit 指向最后一个元素的下一个位置，capacity不变
  • 如果是读->写，则恢复为put()方法中的值

get()方法

• get()方法会读取缓冲区中的一个值
• 进行该操作后，position会+1，如果超过了limit则会抛出异常
• 注意：get(i)方法不会改变position的值

3.clean()方法

• clean()方法会将缓冲区中的各个属性恢复为最初的状态，position = 0, capacity = limit
• 此时缓冲区的数据依然存在，处于“被遗忘”状态，下次进行写操作时会覆盖这些数据

4.compact()方法

此方法为ByteBuffer的方法，而不是Buffer的方法

• compact会把未读完的数据向前压缩，然后切换到写模式
• 数据前移后，原位置的值并未清零，写时会覆盖之前的值

clean()：会覆盖之前没读完的内容

compact()：会保留之前没读完的内容

5.分配空间

分配空间

ByteBuffer.allocate(10).getClass() // 堆内存，读写效率低，受到gc影响
ByteBuffer.allocateDirect(10).getClass() // 直接内存，读写效率高，分配速度慢，需要自己释放内存

向buffer写入数据

• 调用channel 的read()
• 调用buffer 的put()

向buffer读取数据

• 调用channel 的write()

• 调用buffer 的get()

• get() 会让position 指针向后走

• get(int i) 获取数据，指针不会移动

• rewind() 会让position 重置为0

字符串与ByteBuffer的相互转换

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 1.字符串转ByteBuffer，先转字节，在转ByteBuffer
byte[] bytes = "hello".getBytes();
buffer.put(bytes);
// 2.字符串转ByteBuffer
ByteBuffer buffer2 = StandardCharsets.UTF_8.encode("hello");
// 3.wrap
ByteBuffer buffer3 = ByteBuffer.wrap("hello".getBytes());

// ByteBuffer 转 字符串
String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer2).toString();

6.粘包与半包

粘包：发送方在发送数据时，并不是一条一条地发送数据，而是将数据整合在一起，当数据达到一定的数量后再一起发送。这就会导致多条信息被放在一个缓冲区中被一起发送出去

半包：接收方的缓冲区的大小是有限的，当接收方的缓冲区满了以后，就需要将信息截断，等缓冲区空了以后再继续放入数据。这就会发生一段完整的数据最后被截断的现象

解决办法

• 通过get(index)方法遍历ByteBuffer，遇到分隔符时进行处理。注意：get(index)不会改变position的值
  • 记录该段数据长度，以便于申请对应大小的缓冲区
  • 将缓冲区的数据通过get()方法写入到target中
• 调用compact方法切换模式，因为缓冲区中可能还有未读的数据

public class Test08ByteBuffeExam {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.字符串转bytebuffer
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(32);
        buf.put("Hello,world\nI'm zhangsan\nHo".getBytes());
        split(buf);
        buf.put("w are you?\n".getBytes());
        split(buf);
    }

    private static void split(ByteBuffer buf) {
        // 切换读模式
        buf.flip();
        for (int i = 0; i < buf.limit(); i++) {
            // 找到一条完整的消息
            if (buf.get(i) == '\n'){
                // 获取当前读指针
                int length = i +1 - buf.position();
                // 把完整的消息写入
                ByteBuffer target = ByteBuffer.allocate(length);
                for (int j = 0; j < length; j++) {
                    target.put(buf.get());
                }
                debugAll(target);
            }
        }
        // 切换写模式，compact保留之前未读的内容，clear覆盖未读的内容
        buf.compact();
    }
}

三、文件编程

FileChannel FileChannel只能在阻塞模式下工作，所以无法搭配Selector

不能直接打开 FileChannel，必须通过 FileInputStream、FileOutputStream 或者 RandomAccessFile 来获取 FileChannel，它们都有 getChannel 方法

• 通过 FileInputStream 获取的 channel 只能读
• 通过 FileOutputStream 获取的 channel 只能写
• 通过 RandomAccessFile 是否能读写根据构造 RandomAccessFile 时的读写模式决定

读入

// read方法的返回值表示读到了多少字节，若读到了文件末尾则返回-1
int readBytes = channel.read(buffer);

写入

// 通过hasRemaining()方法查看缓冲区中是否还有数据未写入到通道中
while(buffer.hasRemaining()) {
	channel.write(buffer);
}

强制写入 操作系统出于性能的考虑，会将数据缓存，不是立刻写入磁盘，而是等到缓存满了以后将所有数据一次性的写入磁盘。可以调用 force(true) 方法将文件内容和元数据（文件的权限等信息）立刻写入磁盘

复制文件

public class Test09FileChannelTransferTo {
    public static void main(String[] args) {
        try{
            String fromPath = Test01ByteBuffer.class.getResource("/test/from.txt").getPath();
            String toPath = Test01ByteBuffer.class.getResource("/test/to.txt").getPath();
            FileChannel from = new FileInputStream(fromPath).getChannel();
            FileChannel to = new FileOutputStream(toPath).getChannel();
            // 效率高，使用操作系统的零拷贝，一次传2g
            long size = from.size();
            // 多次传输大于2g的数据
            for (long left = size; left > 0;) {
                System.out.println("position: "+ (size-left) +" left: " + left);
                left -= from.transferTo(size-left,left,to);
            }
            from.transferTo(0,from.size(),to);
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Path与Paths

Path与Paths

// 获取文件
Path source = Paths.get("1.txt");
// 判断文件是否存在
Files.exists(path);
// 创建一级目录，如果有多级目录会有异常
Files.createDirectory(path);
// 创建多级目录
Files.createDirectories(path);
// 拷贝
Files.copy(source, target);
// 移动，StandardCopyOption.ATOMIC_MOVE 保证文件移动的原子性
Files.move(source, target, StandardCopyOption.ATOMIC_MOVE);
// 删除文件
Files.delete(target);

Path source = Paths.get("d:/1.txt"); // 绝对路径 同样代表了  d:\1.txt
Path projects = Paths.get("d:\\data", "projects"); // 代表了  d:\data\projects

文件工具类

/**
 * 多级文件的操作流程
 */
private static void m1() throws IOException {
    AtomicInteger dirCount = new AtomicInteger();
    AtomicInteger fileCount = new AtomicInteger();
    Files.walkFileTree(Paths.get("F:\\syyo\\tools\\java"),new SimpleFileVisitor<Path>(){
        @Override
        public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
            System.out.println("===进入目录前==========>"+dir);
            dirCount.incrementAndGet();
            return super.preVisitDirectory(dir, attrs);
        }

        @Override
        public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
            System.out.println("=====进入文件前========>"+file);
            fileCount.incrementAndGet();
            return super.visitFile(file, attrs);
        }

        @Override
        public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc) throws IOException {
            System.out.println("===退出目录前==========>"+dir);
            return super.postVisitDirectory(dir, exc);
        }
    });

    System.out.println("dirCount: " + dirCount);
    System.out.println("fileCount: " + fileCount);
}

四、网络编程

1.阻塞

• 阻塞模式下，相关方法都会导致线程暂停
  • ServerSocketChannel.accept 会在没有连接建立时让线程暂停
  • SocketChannel.read 会在通道中没有数据可读时让线程暂停
  • 阻塞的表现其实就是线程暂停了，暂停期间不会占用 cpu，但线程相当于闲置
• 单线程下，阻塞方法之间相互影响，几乎不能正常工作，需要多线程支持
• 但多线程下，有新的问题，体现在以下方面
  • 32 位 jvm 一个线程 320k，64 位 jvm 一个线程 1024k，如果连接数过多，必然导致 OOM，并且线程太多，反而会因为频繁上下文切换导致性能降低
  • 可以采用线程池技术来减少线程数和线程上下文切换，但治标不治本，如果有很多连接建立，但长时间 inactive，会阻塞线程池中所有线程，因此不适合长连接，只适合短连接

2.非阻塞

• 可以通过ServerSocketChannel的configureBlocking(false)方法将获得连接设置为非阻塞的。此时若没有连接，accept会返回null
• 可以通过SocketChannel的configureBlocking(false)方法将从通道中读取数据设置为非阻塞的。若此时通道中没有数据可读，read会返回-1

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 使用nio来理解阻塞模式
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
        // 1.创建服务器
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.configureBlocking(false);// 非阻塞
        // 2.绑定监听端口
        ssc.bind(new InetSocketAddress(8081));
        // 3.连接集合
        List<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
        while (true){
            // 4. accept 建立和客户端连接，SocketChannel 用来与客户端之间的通信
            // 设置 ServerSocketChannel 为非阻塞，accept()方法就不会阻塞，没有链接返回的是null
            SocketChannel sc = ssc.accept();
            if (sc != null){
                log.debug("connected... {}",sc);
                sc.configureBlocking(false);// 非阻塞
                channels.add(sc);
            }
            // 5.接收客户端发送的数据
            for (SocketChannel channel : channels) {
                // 设置 SocketChannel 非阻塞,调用read方法不会阻塞，如果没有读到数据返回0
                int read = channel.read(buffer);
                if (read > 0){
                    buffer.flip();
                    debugRead(buffer);
                    buffer.clear();
                    log.debug("after read...{}",channel);
                }
            }
        }
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SocketChannel sc = SocketChannel.open();
        sc.connect(new InetSocketAddress("localhost",8081));
        System.out.println("waiting...");
        sc.write(Charset.defaultCharset().encode("0123456798abcdef3333\n"));
        System.in.read();
    }
}

3.selector

单线程可以配合 Selector 完成对多个 Channel 可读写事件的监控，这称之为多路复用

• 多路复用仅针对网络 IO，普通文件 IO 无法利用多路复用
• 如果不用 Selector 的非阻塞模式，线程大部分时间都在做无用功，而 Selector 能够保证
  • 有可连接事件时才去连接
  • 有可读事件才去读取
  • 有可写事件才去写入
    • 限于网络传输能力，Channel 未必时时可写，一旦 Channel 可写，会触发 Selector 的可写事件

public class SelectServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建selector，管理多个channel
        Selector selector = Selector.open();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.configureBlocking(false);// 非阻塞

        // 2.建立selector和channel的联系
        // 事件发生后，可以通过它知道是什么事件和哪个channel的事件
        // accept:链接请求时事件 connect：客户端连接建立事件 read：读事件 write：写事件
        SelectionKey sscKey = ssc.register(selector, 0, null);
        // 只关注 accept 事件
        sscKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
        ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));

        while (true) {
            // 3.若没有事件就绪，线程会被阻塞，反之不会被阻塞。从而避免了CPU空转
            // 返回值为就绪的事件个数
            int ready = selector.select();
            System.out.println("selector ready counts : " + ready);

            // 4.处理事件
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                // 判断key的类型
                if(key.isAcceptable()) {
                    // 获得key对应的channel
                    ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    System.out.println("before accepting...");
                        
        			// 获取连接并处理，而且是必须处理，否则需要取消
                    SocketChannel socketChannel = channel.accept();
                    System.out.println("after accepting...");
                    // 处理完毕后移除
                    iterator.remove();
                }
            }
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

4.accpet事件

accpet()

• 会阻塞，通过 ssc.configureBlocking(false) 设置成非阻塞
• 事件发生后，要么处理，要么取消（cancel），不能什么都不做

5.read事件

断开处理 正常断开

• 正常断开时，服务器端的channel.read(buffer)方法的返回值为-1，所以当结束到返回值为-1时，需要调用key的cancel方法取消此事件，并在取消后移除该事件
• 异常断开时，会抛出IOException异常， 在try-catch的catch块中捕获异常并调用key的cancel方法即可 消息边界

消息边界

传输的文本可能有以下三种情况

解决思路大致有以下三种

• 固定消息长度，数据包大小一样，服务器按预定长度读取，当发送的数据较少时，需要将数据进行填充，直到长度与消息规定长度一致。缺点是浪费带宽
• 另一种思路是按分隔符拆分，缺点是效率低，需要一个一个字符地去匹配分隔符
• TLV 格式，即 Type 类型、Length 长度、Value 数据（也就是在消息开头用一些空间存放后面数据的长度），如HTTP请求头中的Content-Type与Content-Length。类型和长度已知的情况下，就可以方便获取消息大小，分配合适的 buffer，缺点是 buffer 需要提前分配，如果内容过大，则影响 server 吞吐量 Http 1.1 是 TLV 格式 Http 2.0 是 LTV 格式

附件： Channel的register方法还有第三个参数：附件，可以向其中放入一个Object类型的对象，该对象会与登记的Channel以及其对应的SelectionKey绑定，可以从SelectionKey获取到对应通道的附件

ByteBuffer的大小分配

• 每个 channel 都需要记录可能被切分的消息，因为 ByteBuffer 不能被多个 channel 共同使用，因此需要为每个 channel 维护一个独立的 ByteBuffer
• ByteBuffer 不能太大，比如一个 ByteBuffer 1Mb 的话，要支持百万连接就要 1Tb 内存，因此需要设计大小可变的 ByteBuffer
• 分配思路可以参考
  • 一种思路是首先分配一个较小的 buffer，例如 4k，如果发现数据不够，再分配 8k 的 buffer，将 4k buffer 内容拷贝至 8k buffer，优点是消息连续容易处理，缺点是数据拷贝耗费性能
    • 参考实现 http://tutorials.jenkov.com/java-performance/resizable-array.html
  • 另一种思路是用多个数组组成 buffer，一个数组不够，把多出来的内容写入新的数组，与前面的区别是消息存储不连续解析复杂，优点是避免了拷贝引起的性能损耗

6.write事件

服务器通过Buffer向通道中写入数据时，可能因为通道容量小于Buffer中的数据大小，导致无法一次性将Buffer中的数据全部写入到Channel中，这时便需要分多次写入，具体步骤如下

• 执行一次写操作，向将buffer中的内容写入到SocketChannel中，然后判断Buffer中是否还有数据
• 若Buffer中还有数据，则需要将SockerChannel注册到Seletor中，并关注写事件，同时将未写完的Buffer作为附件一起放入到SelectionKey中
• 全部写完之后，需要清除 附件、buf、写事件

public class WriteServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建selector，管理多个channel
        Selector selector = Selector.open();
        // 1.创建服务器
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.configureBlocking(false);// 非阻塞
        // 只关注 accept 事件
        ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
        while (true) {
            // 没有时间会阻塞，有事件线程会向下运行
            // 在已有事件未处理时，它不会阻塞
            selector.select();
            // 所有的发生的事件
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                // selector 有2个事件集合，一个所有事件集合，一个正在发生事件的集合，正在发生的事件集合，处理完事件不会删除key，需要手动删除
                iterator.remove();// 删掉key
                // 区分事件类型
                if (key.isAcceptable()) {
                    SocketChannel sc = ssc.accept();
                    sc.configureBlocking(false);// 非阻塞
                    SelectionKey sckey = sc.register(selector, 0, null);
                    StringBuilder sb = new StringBuilder();
                    for (int i = 0; i < 3000000; i++) {
                        sb.append("a");
                    }
                    ByteBuffer buffer = Charset.defaultCharset().encode(sb.toString());
                    int write = sc.write(buffer);// 实际写入的字节数
                    System.out.println(write);

                    // 还有剩余内容
                    if (buffer.hasRemaining()) {
                        // 关注事件，1：读，4：写
                        sckey.interestOps(sckey.interestOps() + SelectionKey.OP_WRITE);
                        //  把未完成的buffer 挂到sckey上
                        sckey.attach(buffer);

                    }
                } else if (key.isWritable()) {
                    // 写事件
                    SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
                    int write = sc.write(buffer);// 实际写入的字节数
                    System.out.println(write);
                    // 清理操作
                    if (!buffer.hasRemaining()) {
                        key.attach(null);
                        key.interestOps(key.interestOps() - SelectionKey.OP_WRITE);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

7.优化

充分利用多核CPU，分两组选择器

• 单线程配一个选择器（Boss），专门处理 accept 事件
• 创建 cpu 核心数的线程（Worker），每个线程配一个选择器，轮流处理 read 事件

实现思路

• 创建一个负责处理Accept事件的Boss线程，
• 创建多个负责处理Read事件的Worker线程

public class MultiThreadServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Thread.currentThread().setName("boss");
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.configureBlocking(false);
        Selector boss = Selector.open();
        SelectionKey bossKey = ssc.register(boss, 0, null);
        bossKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
        ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));

        // 创建worker
        Worker[] workers = new Worker[2];
        for (int i = 0; i < workers.length; i++) {
            workers[i] = new Worker("worker-"+i);
        }
        // 计数器
        AtomicInteger index = new AtomicInteger();

        while (true) {
            boss.select();
            Iterator<SelectionKey> iterator = boss.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                iterator.remove();
                if (key.isAcceptable()) {
                    SocketChannel sc = ssc.accept();
                    sc.configureBlocking(false);

                    log.debug("connected... {}",sc.getRemoteAddress());
                    // 2.关联selector
                    log.debug("before... {}",sc.getRemoteAddress());

                    // 轮询算法
                    int i = index.getAndIncrement() % workers.length;
                    workers[i].register(sc);

                    log.debug("after... {}",sc.getRemoteAddress());

                }
            }
        }
    }

    static class Worker implements Runnable{
        private Thread thread;
        private Selector selector;
        private String name;
        private volatile boolean start = false;
        private ConcurrentLinkedQueue<Runnable> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();

        public Worker(String name) {
            this.name = name;
        }

        public void register(SocketChannel sc) throws IOException {
            if (!start){
                selector = Selector.open();
                thread = new Thread(this,name);
                thread.start();
                start = true;
            }
            // 添加到任务队列里，让register()在select()方法后执行
            queue.add(()->{
                try {
                    sc.register(selector,SelectionKey.OP_READ,null);
                } catch (ClosedChannelException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            selector.wakeup();//唤醒select方法的阻塞
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true){
                try {
                    selector.select();
                    Runnable task = queue.poll();
                    if (task != null){
                        task.run(); // 执行 sc.register(selector,SelectionKey.OP_READ,null);
                    }
                    Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
                    while (iterator.hasNext()){
                        SelectionKey key = iterator.next();
                        iterator.remove();
                        if (key.isReadable()){
                            // 只读事件
                            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
                            SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
                            log.debug("read... {}",sc.getRemoteAddress());
                            sc.read(buffer);
                            buffer.flip();
                            debugAll(buffer);
                        }
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }
    }

}

五、nio和bio

1.Stream与Channel

• stream 不会自动缓冲数据，channel 会利用系统提供的发送缓冲区、接收缓冲区（更为底层）
• stream 仅支持阻塞 API，channel 同时支持阻塞、非阻塞 API，网络 channel 可配合 selector 实现多路复用
• 二者均为全双工，即读写可以同时进行
  • 虽然Stream是单向流动的，但是它也是全双工的

2.IO模型

• 同步：线程自己去获取结果（一个线程）
  • 例如：线程调用一个方法后，需要等待方法返回结果
• 异步：线程自己不去获取结果，而是由其它线程返回结果（至少两个线程）
  • 例如：线程A调用一个方法后，继续向下运行，运行结果由线程B返回 当调用一次 channel.read 或 stream.read 后，会由用户态切换至操作系统内核态来完成真正数据读取，而读取又分为两个阶段，分别为：

阻塞io

用户线程进行read操作时，需要等待操作系统执行实际的read操作，此期间用户线程是被阻塞的，无法执行其他操作

非阻塞io

用户线程在一个循环中一直调用read方法，若内核空间中还没有数据可读，立即返回 只是在等待阶段非阻塞 用户线程发现内核空间中有数据后，等待内核空间执行复制数据，待复制结束后返回结果

多路复用

Java中通过Selector实现多路复用 当没有事件是，调用select方法会被阻塞住 一旦有一个或多个事件发生后，就会处理对应的事件，从而实现多路复用 多路复用与阻塞IO的区别

阻塞IO模式下，若线程因accept事件被阻塞，发生read事件后，仍需等待accept事件执行完成后，才能去处理read事件 多路复用模式下，一个事件发生后，若另一个事件处于阻塞状态，不会影响该事件的执行

异步io

零拷贝

零拷贝：只适合小文件的传输

传统io：

• Java 本身并不具备 IO 读写能力，因此 read 方法调用后，要从 Java 程序的用户态切换至内核态，去调用操作系统（Kernel）的读能力，将数据读入内核缓冲区。这期间用户线程阻塞，操作系统使用 DMA（Direct Memory Access）来实现文件读，其间也不会使用 CPU
• 从内核态切换回用户态，将数据从内核缓冲区读入用户缓冲区（即 byte[] buf），这期间 CPU 会参与拷贝，无法利用 DMA
• 调用 write 方法，这时将数据从用户缓冲区（byte[] buf）写入 socket 缓冲区，CPU 会参与拷贝
• 接下来要向网卡写数据，这项能力 Java 又不具备，因此又得从用户态切换至内核态，调用操作系统的写能力，使用 DMA 将 socket 缓冲区的数据写入网卡，不会使用 CPU

内核切换 3 次
数据拷贝 4 次

Nio：

使用的是操作系统内存（用户缓冲区和内核缓冲区是共用一个） 内核切换 3 次
数据拷贝 3 次

Nio优化1： 以下两种方式都是零拷贝，即无需将数据拷贝到用户缓冲区中（JVM内存中） 底层采用了 linux 2.1 后提供的 sendFile 方法，Java 中对应着两个 channel 调用 transferTo/transferFrom 方法拷贝数据

• Java 调用 transferTo 方法后，要从 Java 程序的用户态切换至内核态，使用 DMA将数据读入内核缓冲区，不会使用 CPU
• 数据从内核缓冲区传输到 socket 缓冲区，CPU 会参与拷贝
• 最后使用 DMA 将 socket 缓冲区的数据写入网卡，不会使用 CPU

内核切换 1 次
数据拷贝 3 次

Nio优化2： linux 2.4 对上述方法再次进行了优化

• Java 调用 transferTo 方法后，要从 Java 程序的用户态切换至内核态，使用 DMA将数据读入内核缓冲区，不会使用 CPU
• 只会将一些 offset 和 length 信息拷入 socket 缓冲区，几乎无消耗
• 使用 DMA 将 内核缓冲区的数据写入网卡，不会使用 CPU

内核切换 1 次
数据拷贝 2 次