1. 涉及的网络基础知识

Socket：

操作系统提供的api，介于应用层和tcp/ip层之间的软件层，封装服务器客户端之间网络通信相关内容，方便调用

IO多路复用：

（I/O Multiplexing）是一种IO操作模式，它允许单个进程或线程同时处理多个输入输出（IO）操作。

怎么算一个连接：

tcp层中，客户端ip、客户端端口、服务器ip、服务器端口，这4个算一个连接。

通信接收流程：

3步：接收连接、读取数据、写入数据

服务器端接收连接、服务器端读取客户端发来的数据、服务器端写入客户端发来的数据并进行业务处理。

应用程序java在处理通信的两个前提：

1、客户端a与服务器b通信，a的数据到达b的操作系统的socket的缓冲区中。这时候java要如何接收并处理这些数据呢？java会调用操作系统提供的socket api进行操作。

2、如果很多客户端与服务器b通信，并发量上来了，java又如何管理和处理这么多的连接呢？java有BIO（Blocking I/O，阻塞IO）和NIO（no-blocking I/O，非阻塞）两种

2. Java NIO和BIO的区别

1. 阻塞与非阻塞：
   • BIO是同步阻塞的。当线程发起I/O请求时，如果没有数据可读或可写，线程会一直阻塞，直到数据准备就绪。
   • NIO是同步非阻塞的。线程发起I/O请求后，如果没有数据可读或可写，线程不会阻塞，而是可以去做其他事情。当数据准备就绪时，线程会被通知去处理数据。
2. I/O模型：
   • BIO是基于流的。数据被顺序地从一个流读取到另一个流，期间没有缓存，且不能前后移动流中的数据。
   • NIO是基于缓冲区的。数据被读取到一个缓冲区中，需要时可以在缓冲区中前后移动，增加了处理过程中的灵活性。
3. 线程管理：
   • BIO中，每个连接都需要一个独立的线程来处理。这种方式在连接数较少时可行，但在连接数较多时会导致线程数量过多，系统资源消耗大。
   • NIO中，一个线程可以处理多个连接。这是通过Selector和Channel实现的，Selector可以监听多个Channel上的事件，从而允许单个线程管理多个连接。这就是IO多路复用。
4. 适用场景：
   • BIO适用于连接数较少且固定的场景。
   • NIO适用于连接数多且连接时间较短的场景，如聊天服务器、弹幕系统等。它能够有效减少线程数量，降低系统资源消耗，提高并发处理能力。

3、BIO和NIO详解

如果服务器b上同时有多个连接，下面我称为连接1号、连接2号等。

• 基础版本：java原生bio

流程：读取连接1号socket中的数据，如果数据没有准备好，或者遇到一些其他问题，就会阻塞，一直等到问题解决好。连接1号处理好后，开始处理连接2号，获取连接2号数据与业务处理。

缺点：阻塞，并发量小

 

• 改进版：伪异步IO

流程：acceptor+处理器。acceptor用来处理连接，处理器用来接收和处理数据。连接1号来了，acceptor就开一个新线程交给一个处理器a去获取连接1号socket数据并业务处理数据。接着acceptor给连接2号开个新线程，交给处理器b去接收并业务处理连接2号。这样连接1号和2号就同时处理了。

优点：并发量大，因为开了线程

缺点：如果并发量多，线程多，消耗多，可能内存爆掉，这点可以通过线程池来控制线程量。

但是因为处理器本身还是阻塞的，如果连接1号的数据没准备好，读取不了数据，这个时候处理器a会等待，也就是cpu在等待，cpu时间其实就浪费了，所以如果并发量很大，性能还是不高

 

• 改进版：非阻塞IO

流程：如果连接1号的处理器的数据还没准备好，读取不了，这个时候cpu不等待，cpu可以先去处理其他的连接，这个就是不阻塞啦，cpu处理好其他连接，回来处理连接1号时，此时连接1号的数据准备好了，cpu就能顺利的接收连接1号的数据并进行业务处理。

缺点：这个是让cpu在所有处理器（连接1号、连接2号...）中做个轮询，但可能这次轮询到1号，发现1号还是没有准备好，所以还有没有更好的办法呢？

 

• 改进版：原生jdk网络编程——NIO

1、Reactor反应器模式

就是一种倒转思维，由处理器主动发布信号

接着上边的讲。如果cpu轮询，发现1号还是没有准备好，那不是也浪费了cpu资源？

所有最好是1号准备好了，来叫我，这时候我cpu去处理就比较顺利。每个连接准备好了，给个信号，我cpu只去处理有这个信号的连接，这样就更快一点。这就是反应器模式！

2、三大组件：selector、channel、buffer

selector：

相当于cpu、acceptor，主要起到记录和调度作用。记录事件与channel的关系，从而帮助分配channel

channel：

相当于处理器。主要有两个

ServerSocketChannel：相当于acceptor，是一个可以监听TCP连接请求的通道。当服务器程序创建一个ServerSocketChannel并绑定到一个特定的端口后，它就开始监听该端口上的连接请求。需ServerSocketChannel本身并不直接“接收”连接，而是触发了一个“连接到达”的事件，即给个“有连接啦”的信号，告知一下

SocketChannel：相当于处理器。一个socketChannel处理一个连接，一个连接可能有多个socketChannel。主要是接收这个连接的数据，并调用业务代码处理数据。

buffer：

用于存储数据，channel从buffer中读写数据

3、服务器端流程：

接收连接

ServerSocketChannel去selector注册，关注OP_ACCEPT接收事件。ServerSocketChannel绑定8808端口，会监听tcp层8808端口，如果发现有连接到达，ServerSocketChannel会给信号，就是触发一个OP_ACCEPT接收事件。 

selector一直在轮询，查看注册下的channel中是否有事件触发，有的话就回去执行channel。这时候发现ServerSocketChannel触发注册时关注的OP_ACCEPT事件了，selector就调用ServerSocketChannel的accept()方法开始接收连接，ServerSocketChannel就会创建并返回一个SocketChannel，然后把这个SocketChannel注册到selector上，并写上关注OP_READ事件，然后ServerSocketChannel就接着去监听还有没有新的连接到来了。接收并处理这个连接的内容是由这个SocketChannel去做的。

处理连接数据

连接socket的数据准备好了，操作系统会更新数据状态，channel就会知道（因为channel的底层是socket），然后就会给出信号，触发一个OP_READ可读事件。

selector一直在轮询，查看注册下的channel中是否有事件触发，发现这个SocketChannel注册时关注的OP_READ事件触发了，就会调用SocketChannel的read()方法，执行相关操作。这个channel可以设置为非阻塞，非阻塞的话就是，如果出现问题，直接返回一个值。也可以设置为阻塞，阻塞的话，就是出现问题，一直等待。

4、理解

所以这里的cpu是selector，selector一直在轮询那些事件触发了（也就是准备好了的，大概率不会阻塞的）的channel，然后去执行channel，这样cpu就不会闲置，通过selector就能管理多个channel，即管理多个连接。而channel呢，就不是被动接受，而是主动告知selector，channel自己监控自己，当准备好了，就触发下事件，主动给告知selector。

优点：最大限度压榨cpu性能，让cpu不闲着