《netty实战》读书笔记一

首先先自己熟悉一下selector、epoll、NIO编程、reactor模型

I/O 模型基本说明 I/O 模型简单的理解:就是用什么样的通道进行数据的发送和接收,很大程度上决定了程序通信的性能

Java共支持3种网络编程模型/IO模式:BIO、NIO、AIO

  1. Java BIO : 同步并阻塞(传统阻塞型),服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销
    BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,但程序简单易理解。
  2. Java NIO : 同步非阻塞,服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接),即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上,多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理
    NIO方式适用于连接数目多且连接比较短(轻操作)的架构,比如聊天服务器,弹幕系统,服务器间通讯等。编程比较复杂,JDK1.4开始支持。
  3. Java AIO(NIO.2) : 异步非阻塞,AIO 引入异步通道的概念,采用了 Proactor 模式,简化了程序编写,有效的请求才启动线程,它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理,一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用
    AIO方式使用于连接数目多且连接比较长(重操作)的架构,比如相册服务器,充分调用OS参与并发操作,编程比较复杂,JDK7开始支持。
  4. HTTP2.0使用了多路复用的技术,做到同一个连接并发处理多个请求,而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。

Selector

Channel注册到Selector,Selector能够检测到Channel是否有事件发生。

如果有事件发生,则进行相应的处理。这样可以实现一个线程管理多个Channel(即多个连接和请求)只有通道真正有读写事件发生时,才会进行读写。

减少了创建的线程数,降低了系统开销,减少了上下文的切换,用户态和系统态的切换

以ServerSocketChannel为例说明:

  1. 当有客户端连接时,ServerSocketChannel会返回一个SocketChannel
  2. SocketChannel注册到Selector。(register方法)
  3. register方法会返回一个SelectionKey,SelectionKey与Channel关联
  4. Selector监听select方法,返回有事件的个数
  5. 进一步得到SelectionKey
  6. 通过SelectionKey获取SocketChannel(SelectionKey中的channel方法)
  7. 通过获取的channel,执行业务处理

NIO与零拷贝:

传统IO:

mmap优化:

mmap 通过内存映射,将文件映射到内核缓冲区,同时,用户空间可以共享内核空间的数据。这样,在进行网络传输时,就可以减少内核空间到用户控件的拷贝次数。如下图

sendFile优化:

Linux 2.1 版本 提供了 sendFile 函数,其基本原理如下:数据根本不经过用户态,直接从内核缓冲区进入到 Socket Buffer,同时,由于和用户态完全无关,就减少了一次上下文切换

提示:零拷贝从操作系统角度,是没有cpu 拷贝

Linux 在 2.4 版本中,做了一些修改,避免了从内核缓冲区拷贝到 Socket buffer 的操作,直接拷贝到协议栈,从而再一次减少了数据拷贝。具体如下图和小结: 这里其实有 一次cpu 拷贝 kernel buffer -> socket buffer 但是,拷贝的信息很少,比如 lenght , offset , 消耗低,可以忽略

我们说零拷贝,是从操作系统的角度来说的。因为内核缓冲区之间,没有数据是重复的(只有 kernel buffer 有一份数据)。 零拷贝不仅仅带来更少的数据复制,还能带来其他的性能优势,例如更少的上下文切换,更少的 CPU 缓存伪共享以及无 CPU 校验和计算。

mmap 和 sendFile 的区别

1.mmap 适合小数据量读写,sendFile 适合大文件传输。

2.mmap 需要 4 次上下文切换,3 次数据拷贝;sendFile 需要 3 次上下文切换,最少 2 次数据拷贝。

3.sendFile 可以利用 DMA 方式,减少 CPU 拷贝,mmap 则不能(必须从内核拷贝到 Socket 缓冲区)。

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