网络IO基础知识

IO基本概念

IO全称为Input/Output，中文为输入/输出。在计算机中，常用的IO设备有硬盘、网络、键盘，显示器等。在操作系统层面，I/O系统有文件、网络、标准输入和输出，管道等。Java提供的IO类库就是用来读写这些IO系统的。

输入流：将文件、网络、标准输入(System.in)、管道中的数据，输入到内存中；

输出流：将内存中的数据输出到文件、网络、标准输出(System.out)，管道中。

系统调用基本概念

当应用程序发起 I/O 调用后，会经历以下步骤：

java 复制代码

1. 应用发起read IO请求，然后阻塞  -> 第一阶段
2. 内核先检查buffer是否有相应的缓存数据  -> 第二阶段
  - 若没有，内核会去IO设备中读取(一般设备IO比较慢，需要等待)，
  - 然后读取到kernel buffer中；
  - 若有，将数据从内核直接复制到进程空间中
注意：IO的效率主要取决于等待时间wait time 和 拷贝时间copy time

IO优化技术

mmap(memory-mapped file, 内存映射文件)

适用场景：本地文件的读写，不适合网络【需要对数据大小有预估，网络数据无法预估】
- 少量文件读写：使用基本的IO技术更合适，尽管需要数据拷贝，但是拷贝的数据量小，不太会影响读写性能
- 大文件读写：数据拷贝非常影响性能，使用mmap更加合适
基本原理：摒弃用户态和内核态的概念，使用物理内存、虚拟内存、缺页中断架构，相当于直接将数据在磁盘和用户空间之间互相拷贝，减少了数据拷贝次数。

在网络环境中，数据的大小往往是动态变化的，难以提前预估。而 mmap 在使用时通常需要对映射的文件大小等有一定的预估。因为 mmap

是将文件映射到内存空间，这个内存空间是需要预先分配或者至少有一个合理的预期范围的

sendfile零拷贝技术

适用场景：用于两个IO设备之间互相传输数据，尤其是网络IO
基本原理：减少不必要的拷贝次数和系统调用次数。
- 直接从内核读缓冲区拷贝到内核写缓冲区，节省1次数据拷贝
- 应用程序只需要一次sendfile系统调用，不需要read，write两次系统调用

阻塞/非阻塞/同步/异步基础概念

阻塞/非阻塞：强调的是主动轮询

阻塞：去一家餐厅就餐，就餐的人太多，取号之后需要一直等待，啥也干不了
非阻塞：取号之后，一会回来看一下有没有轮到你，没有就继续逛，可以干自己的事情

同步/异步：强调的是被通知

异步：取号时登记了手机号，自己可以干自己的事情，服务员会打电话通知你
同步：如果需要自己查看有没有轮到你，不管是阻塞还是非阻塞模式，都是同步