传统IO的阻塞和NIO的非阻塞说明和NIO的优势

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-05-26 04:09 168阅读 0赞

借鉴博客链接：[epoll 浅析以及 nio 中的 Selector][epoll _ nio _ Selector]

数据的传递需要从用户空间或者磁盘等硬件拷贝至内核缓冲区，在从内核缓冲区拷贝至网关后传输至网络，网络畅通情况下计算机一边向缓冲区写数据，一边将缓冲区的数据读取至网关。

数据的接收需要从网关拷贝至内核缓冲区后，再从内核空间拷贝至用户空间或者磁盘等硬件，网络畅通情况下计算机一边将数据从网关接受写入内核缓冲区，一边将数据从缓冲区拷贝至用户空间或者直接持久化至磁盘等。

当网络不畅通时，缓冲区被写满或者读完，会产生阻塞IO事件，假设叫“缓冲区满”和“缓冲区空”事件。

传统IO在内核缓冲区触发写满或者读完事件时，会阻塞相应的处理线程，“缓冲区满”会传递线程，“缓冲区空”会阻塞接收线程，他们分别在数据流的两端，一端将数据写入流，一端从流接受数据。

当网络重新通畅后，缓冲区处于非空非满状态时，触发IO事件，假设叫“缓冲区非满”和“缓冲区非空”事件，传统IO在感知到此事件时会唤醒相应的处理线程，“缓冲区非满”唤醒写入线程，“缓冲区非空”唤醒接受线程。

NIO对缓冲区IO事件的处理不是由CPU唤醒线程来实现，而是将IO时间的处理委托给Selector对象。

NIO的非阻塞实现形式在开头的那篇博客已经讲得和好了，我这里就不说了。

下面说下NIO相对于传统IO的优势：

1.  传统IO在处理数据传输请求时，针对每个传输请求生成一个线程，如果IO异常，那么线程阻塞，在IO恢复后唤醒处理线程。在同时处理大量连接时，会实例化大量的线程对象。每个线程的实例化和回收都需要消耗资源，jvm需要为其分配TLAB，然后初始化TLAB，最后绑定线程，线程结束时又需要回收TLAB，这些都需要CPU资源。
2.  NIO使用selector来轮询IO流，内部使用poll或者epoll，以事件驱动形式来相应IO事件的处理。同一时间只需实例化很少的线程对象，通过对线程的复用来提高CPU资源的使用效率。
3.  CPU轮流为每个线程分配时间片的形式，间接的实现单物理核处理多线程。当线程越多时，每个线程分配到的时间片越短，或者循环分配的周期越长，CPU很多时间都耗费在了线程的切换上。线程切换包含线程上个线程数据的同步(TLAB同步)，同步变量同步至主存，下个线程数据的加载等等，他们都是很耗费CPU资源的。
4.  在同时处理大量连接，但活跃连接不多时，NIO的事件响应模式相比于传统IO有着极大的性能提升。
5.  NIO还提供了FileChannel，以zero-copy的形式传输数据，相较于传统的IO，数据不需要拷贝至用户空间，可直接由物理硬件(磁盘等)通过内核缓冲区后直接传递至网关，极大的提高了性能。
6.  NIO提供了MappedByteBuffer，其将文件直接映射到内存（这里的内存指的是虚拟内存，并不是物理内存），能极大的提高IO吞吐能力。

[epoll _ nio _ Selector]: https://www.cnblogs.com/wanghuaijun/p/6914810.html