基础原理
水平触发(Level-triggered,也被称为条件触发)LT:主要满足条件,就触发事件。
边缘触发(Edge-triggered)ET:当状态变化时触发。
使用脉冲信号来说明LT和ET:LT指信号只需要处于水平(高电平、低电平)就会一直触发;ET则是指信号为上升沿或下降沿时才会触发通知。
举例说明:一个管道收到了1kb的数据,epoll会立即返回,此时读了512字节数据,然后再次调用epoll。这时如果是水平触发的,epoll会立即返回,因为有数据准备好了。 如果是边缘触发的不会立即返回,**因为此时虽然有数据可读但是已经触发了一次通知,在这次通知到现在还没有新的数据到来,**直到有新的数据到来epoll才会返回,此时老的数据和新的数据都可以读取到(当然是需要这次你尽可能的多读取)。
在水平触发的情况下,必须不断的轮询监控每个文件描述符的状态,判断其是否可读或可写。内核空间中维护的 I/O 状态列表可能随时会被更新,因此用户程序想要拿到 I/O 状态列表必须访问内核空间。
而边缘触发的情况下,只有在数据到达网卡,也就是说 I/O 状态发生改变时才会触发事件,在两次数据到达的间隙,I/O 状态列表是不会发生改变的。这就使得用户程序可以缓存一份 I/O 状态列表在用户空间中,减少系统调用的次数。
但是在边缘触发的情况下,I/O 操作必须一次性的将数据处理完。因为如果没有处理完数据,只有等待下次数据包到达网卡才会再次触发事件。
在水平触发的情况下,可以处理内核缓冲区中任意长度的数据。如果数据没有处理完,内核会再次触发事件。因此剩余数据在下次事件到来时继续处理即可。
水平触发和边缘触发都需要非阻塞读写。因为它们都属于多路复用技术的实现方式,而使用多路复用技术的触发点便是用更少的线程做更多的事。单线程情况下,无论水平触发还是边缘触发,使用阻塞读写都会造成线程无法处理其它事件的情况。
水平触发和边缘触发的触发时机
水平触发
- 对于读操作:只要缓冲内容不为空,LT模式返回读就绪。
- 对于写操作:只要缓冲区内容还不满,ET模式会返回写就绪。
边缘触发
- 对于读操作:
- 当缓冲区内容由不可读变为可读的时候,即缓冲区由空变为不为空的时候。
- 当缓冲区有新数据达到时,即缓冲区中的待读数据变多时。
- 当缓冲区有数据可读,且应用进程对相应的描述符进行
EPOLL_CTL_MOD
修改EPOLLIN
事件时。
- 对于写操作:
- 当缓冲区由不可写变为可写时。
- 当有旧数据被发送走时,即缓冲区中的内容变少时。
- 当缓冲区有空间可写时,且应用进程对相应的描述符进行
EPOLL_CTL_MOD
修改EPOLLOUT
事件时。
Java NIO多路复用技术中的水平触发
JAVA 的 NIO 属于水平触发,而 epoll 既支持水平触发也支持边缘触发。epoll 性能高于 poll 很重要的一点便是 epoll 支持了边缘触发。
代码示例:
Server:
java
package netty.netProgram.trigger;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* 验证Java NIO中的水平触发
*/
@Slf4j
public class LevelTrigger {
public static void main(String[] args) throws IOException {
server();
}
private static void server() throws IOException {
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel severChannel = ServerSocketChannel.open();
severChannel.configureBlocking(false);
severChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));
System.out.println("Server start!");
severChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
int count = 0;
//select会阻塞,知道有就绪连接写入selectionKeys
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
if (selector.select(100) == 0) {
continue;
}
Iterator<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys().iterator();
while (keys.hasNext()) {
//SelectionKey为select中记录的就绪请求的数据结构,其中包括了连接所属的socket及就绪的类型
SelectionKey key = keys.next();
//处理事件,不管是否可以处理完成,都删除 key。因为 soketChannel 为水平触发的,
// 未处理完成的事件删除后会被再次通知
keys.remove();
if (key.isAcceptable()) {
System.out.println("触发连接事件");
SocketChannel socketChannel = severChannel.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(8);
int len = socketChannel.read(byteBuffer);
byteBuffer.flip();
if (len == -1) {
key.cancel();
socketChannel.close();
}
count += len;
log.debug("current receive data len is : {}, total receive data len is :{}", len, count);
}
}
}
}
}
Client:
java
package netty.netProgram.trigger;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.IOException;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
@Slf4j
public class LevelTriggerClient {
public static void main(String[] args) {
try {
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(), 8888));
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
sb.append("a" + i % 26);
}
ByteBuffer buffer = Charset.defaultCharset().encode(sb.toString());
socketChannel.write(buffer);
log.debug("client send data len is : {}", sb.toString().length());
while (true){
// 死循环,维持客户端和服务端的链接,使得服务端能够完全读取数据
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
结果演示: