IO 模型就是说用什么样的通道进行数据的发送和接收，Java 共支持 3 种网络编程 IO 模式：BIO，NIO，AIO。
同步阻塞模型，一个客户端连接对应一个处理线程。
BIO代码示例：
// BIO 服务端代码
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.logging.Handler;
public class SocketServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);
while (true){
System.out.println("等待连接");
// 阻塞连接
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
System.out.println("有客户端连接。。。");
// 创建新线程执行 handle 方法
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
handle(clientSocket);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
public static void handle(Socket clientSocket) throws Exception{
byte[] bytes = new byte[1024];
System.out.println("准备read。。");
// 接收客户端的数据，没有数据可读时就阻塞
int read = clientSocket.getInputStream().read(bytes);
System.out.println("read 完毕。");
if (read !=-1){
System.out.println("接收到客户端数据：" + new String(bytes,0,read));
}
clientSocket.getOutputStream().write("helloClient".getBytes());
clientSocket.getOutputStream().flush();
}
}// BIO 客户端代码
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
public class SocketClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket("localhost", 9000);
// 向服务端发送数据
socket.getOutputStream().write("HelloServer".getBytes());
socket.getOutputStream().flush();
System.out.println("向服务端发送数据结束");
byte[] bytes = new byte[1024];
// 接收服务端回传的数据
socket.getInputStream().read(bytes);
System.out.println("接收到服务端的数据：" + new String(bytes));
socket.close();
}
}缺点：
从上面的代码我们可以看出来，BIO 代码中连接事件和读写数据事件都是阻塞的，所以这种模式的缺点非常的明显。
1、如果我们连接完成以后，不做读写数据操作会导致线程阻塞，浪费资源。
2、如果没来一个连接我们都需要启动一个线程处理，那么会导致服务器线程太多，压力太大，比如 C10K。
应用场景：
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，但是程序比较简单。
同步非阻塞模型，服务器实现模式为一个线程可以处理多个请求连接，客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器（selector）上，多路复用器轮询到连接有 IO 请求就进行处理，JDK1.4 开始引入。
// NIO 服务端代码（没有引入多路复用器的代码）
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
public class NioServer {
static List channelList = new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建NIO
ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));
// 设置非阻塞
serverSocket.configureBlocking(false);
System.out.println("服务启动。。");
while (true) {
// 非阻塞模式 accept 方法不会阻塞，否则会阻塞
// NIO 的非阻塞模式是由操作系统内部实现，底层调用了 Linux 内核的 accept 函数
SocketChannel socketChannel = serverSocket.accept();
if (socketChannel != null) {
System.out.println("连接成功");
// 设置 socketchannel 为非阻塞
socketChannel.configureBlocking(false);
// 保存客户端连接到 list
channelList.add(socketChannel);
}
// 遍历连接读数据
Iterator iterator = channelList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SocketChannel sc = iterator.next();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
// 非阻塞模式 read 方式不会阻塞，否则会阻塞
int len = sc.read(byteBuffer);
if (len > 0) {
System.out.println("接收到消息：" + new String(byteBuffer.array()));
} else if (len == -1) { // 如果客户端断开，把socket从集合中去掉
iterator.remove();
System.out.println("客户端断开连接");
}
}
}
}
} 缺点：
如果连接数太多的话，会有大量的无效遍历，假如有 10000 个连接，其中只有 1000个 连接有写数据，但是由于其他 9000 个连接并没有断开看我们还是每次轮询遍历一万次，其中有 十分之一的遍历都是无效的，这显然是一个非常浪费资源的做法。
// NIO 服务端代码（引入多路复用器的代码）
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.security.Key;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class NioSelectorServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建 ServerSocketChannle
ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress(9000));
// 设置 ServerSocketChannel 为非阻塞
serverSocket.configureBlocking(false);
// 打开 Selector 处理 channel，即创建 epoll
Selector selector = Selector.open();
// 把 ServerSocketChannel 注册 selector 上，并且 select 对客户端 accept 连接操作感兴趣
serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("服务启动");
while (true) {
// 阻塞等待需要处理的事件发生
selector.select();
// 获取 selector 中注册的全部事件的 SelectionKey 实例
Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
// 遍历 selectionKeys 对事件进行处理
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
// 如果是 accept 事件，则进行连接获取和事件注册
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel socketChannel = server.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
System.out.println("客户端连接成功");
} else if (key.isReadable()) {
// 进行数据读取
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
int len = socketChannel.read(byteBuffer);
// 如果有数据，把数据打印出来
if (len > 0) {
System.out.println("接收到消息：" + new String(byteBuffer.array()));
} else if (len == -1) { // 如果客户端断开连接，关闭 Socket
System.out.println("客户端断开连接");
socketChannel.close();
}
}
// 从事件集合里删除本次处理的 key，防止下次 select 重复处理
iterator.remove();
}
}
}
} 上面代码是利用 NIO 一个线程处理所有请求，这种单个线程处理的方式肯定是存在问题的，例如现在有 10w 个请求中，有 1w 个连接进行读写数据，那么 SelectionKey 就会有 1w 个请求，所以我们需要循环这 1w 个事件进行处理，比较费时间，如果这个时候再有连接进来，只能阻塞。
NIO 有三大核心组件：Channel(通道)，Buffer(缓冲区）Selector(多路复用器)
1、channel 类似流，每个 channel 对应一个 buffer 缓冲区，buffer 底层是个数组。
2、channel 会注册到 selector上，由 selector 根据 channel 的读写事件发生将其交由某个空闲的线程处理。
3、NIO 的 Buffer 和 channel 都是既可以读又可以写的。
NIO 底层在 JDK1.4 版本是用 linux 的内核函数 select() 或 poll() 来实现，跟上面的 NioServer 代码类似，selector 每次都会轮询所有的 socktchannel 看下哪个 channel 有读写事件，有的话就处理，没有就继续遍历，JDK1.5 开始引入了 epoll 基于事件响应机制来优化 NIO。
举个例子：例如我们去酒吧喝酒，在吧台坐下了 20 个人，中间一个服务员，select() 或者 poll() 模式就是，服务员每次都是询问这个 20 个人是否需要喝酒，而 epoll 模型则是，20 个人谁需要喝酒谁就举手，服务员每次只处理举手的那几个人即可。
NioSelectorServer 代码里如下几个方法非常重要，我们从 Hotspot 与 Linux 内核函数级别来理解下。
Selector.open() // 创建多路复用器
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ) // 将 channel 注册到多路复用器上
selector.select() // 阻塞等待需要处理的事件发生
总结：
NIO 整个调用流程就是 Java 调用了操作系统的内核函数来创建 Socket，获取 Socket 文件描述符，再创建一个 Selector 对象，对应操作系统的 Epoll 描述符，将获取到的 Socket 连接的文件描述符的事件绑定到 Selector 对应的文件描述符上，进行事件的异步通知，这样就实现了使用一条线程，并且不需要太多的无效遍历，将事件处理交给了操作系统内核（操作系统的终端程序），大大提高了效率。
Epoll 函数详解
int epoll_create(int size);创建一个 epoll 实例，并返回一个非负数作为文件描述符，用于对 epoll 接口的所有后续调用。参数 size 代表可能会容纳 size 个描述符，但 size 不是一个最大值，只是提示操作系统它的数量级，现在这个参数基本上已经弃用了。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);使用文件描述符 epfd 引用 epoll 实例，对目标文件描述符 fs 执行 op 操作。
参数 epfd 表示 epoll 对应的文件描述符，参数 fd 表示 socket 对应的文件描述符。
参数 op 有以下几个值：
参数event是一个结构体
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;events 有很多可选值，这里只举例最常见的几个：
成功则返回 0，失败返回 -1。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);等待文件描述符 epfd 上的事件。
epfd 就是 Epoll 对应的文件描述符，events 表示调用者所有可用事件的集合，maxevents 表示最大等到多少个事件就返回，timeout 是超时时间。
I/O 多路复用底层主要用 Linux 内核函数（select 、poll、epoll）来实现。
异步非阻塞模型，由操作系统完成后回调通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数比较多且连接时间比较长的应用。
应用场景
AIO 方式适用于连接数多且连接比较长（重操作）的架构，JDK1.7 开始支持。
// AIO 服务端代码
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousChannel;
import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
public class AIOServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
final AsynchronousServerSocketChannel serverChannel =
AsynchronousServerSocketChannel.open().bind(new InetSocketAddress(9000));
serverChannel.accept(null, new CompletionHandler() {
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel socketChannel, Object attachment) {
try {
System.out.println("2--" + Thread.currentThread().getName());
// 再此接收客户端连接，如果不写这行代码后面的客户端连接不上服务端
serverChannel.accept(attachment,this);
System.out.print(socketChannel.getRemoteAddress());
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
socketChannel.read(buffer, buffer, new CompletionHandler() {
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer buffer) {
System.out.println("3--" + Thread.currentThread().getName());
buffer.flip();
System.out.println(new String(buffer.array(), 0, result));
socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("HelloClient".getBytes()));
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer buffer) {
exc.printStackTrace();
}
});
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
}
});
System.out.println("1--" + Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
}
} // AIO 客户端代码
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
public class AIOClient {
public static void main(String... args) throws Exception {
AsynchronousSocketChannel socketChannel = AsynchronousSocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9000)).get();
socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("HelloServer".getBytes()));
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(512);
Integer len = socketChannel.read(buffer).get();
if (len != -1) {
System.out.println("客户端收到信息：" + new String(buffer.array(), 0, len));
}
}
}为什么 Netty 使用 NIO 而不是 AIO?
因为在 Linux 系统上，AIO 的底层实现扔使用 Epoll 模型，没有很好的使用 AIO，因此在性能上没有明显的优势，而且被 JDK 封装了一层不容易再次进行深度优化，Linux 上 AIO 还不够成熟。Netty 是异步非阻塞框架，Netty在 NIO 上做了很多异步封装。
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