10.IO模型

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-07-04 12:42 15阅读 0赞

**BIO模型：**

bio是一种阻塞式同步模型，主要是采用同步阻塞模型+线程池的模式，并发量并不是很高，比如像tomcat就是采用的bio模型，并发量小于1000.

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因为像socket的accept(),write(),read()这些都是阻塞的。比如read()方法，当receBuffer里没有数据，那么函数就会一直阻塞，直到收到数据为止。

如果是单线程的话，对于一些多核cpu得不到很好的利用，所以加上线程池。

BIO的弊端：

1.线程的创建和销毁的代价非常大。

2.线程本身占有较大内存，像java的线程栈，一般要分配512-1M左右的内存，线程过多的话可能jvm内存装不下。

3.线程的切换成本比较高，操作系统在切换线程的时候，需要保留线程的上下文，然后执行系统调用，如果线程数过高，可能执行现成的切换时间会大于线程执行时间，造成系统load偏高。

4.BIO客户端和线程几乎是一对一的关系，接入的客户端过多，会出现问题。

**NIO模型：**

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NIO是非阻塞同步模型。非阻塞同步的实现方式主要是通过以一个Selector（单线程）来监听客户端接入的所有连接，并把不同请求分发给不同的模块。

Selector:主要用来监听客户端所有连接，将连接请求分给不同的模块，比如说将创建连接请求，分给AcceptorHandler。单线程，通过循环监听。

AcceptorHandler:处理多路复用器交给的创建客户端连接的请求注册为channel。可以是单线程的可以是多线程的，一般设置为cpu数。

Read&WriteHandler:主要处理读写请求，一般采用线程池，处理完以后直接返回给客户端。

NIO是非阻塞的原因是因为channel。因为NIO是面向通道的，也就是channel，它是双向的所以，既可以读，也可以写。

**Reactor模式**

**1，单Reactor单线程模型：**

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Reactor:将io操作交给对应的handler。

acceptor:处理客户端新连接，并分派请求到处理器链中。

handlers:处理读写操作。

**2，单Reactor多线程模型：**

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在获取io事件以后交给线程池来处理。

**3，多Reactor 多线程模型：**

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1.mainReactor：负责处理新连接的建立，将建立好的socketChannel交给subReactor处理。

2.subReactor维护自己的selector，处理io事件，将其扔给worker

**AIO模型：**

aio是一种异步非阻塞的模型。

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AIO的底层是由是由操作系统实现的，数据在内核空间和用户空间迁移，只要我们调用write或者read方法，那么我们的业务就成了回调，我们的程序不需要等着而是去执行其他的逻辑，当操作系统处理完以后，他就会回调我们提供的回调函数。

*  对应操作系统来说, 当有流数据可读时, 操作系统会将流传入到read方法的缓冲区, 然后回调相关的 CompletionHandler
 *  对于写操作而言, 操作系统会将程序中Buffer里面数据写入到从用户空间写入到系统空间 再写入到网卡中, 写入完毕, 同样会回调相关的回调函数

异步的实现采用操作系统的DMA。

拥有DMA功能的硬件在和内存进行数据交换的时候可以不消耗CPU资源。

只要CPU在发起数据传输时发送一个指令，硬件就开始自己和内存交换数据，在传输完成之后硬件会触发一个中断来通知操作完成。

这些无须消耗CPU时间的I/O操作正是异步操作的硬件基础。

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