Java的網絡程式設計如果不是專門搞伺服器性能開發或者消息分發，幾乎可能涉及不到。但是它卻是面試找工作必問的一個知識點，涵蓋的知識體系也非常廣泛，從Java底層IO原理到作業系統核心組成，再到網絡TCP、UDP、HTTP的應用實踐....是以，即便是職場多年的老油條，仍然需要時刻複習，更别提我這種隻有七秒鐘記憶的小菜鳥了。
Java網絡IO的演化，從最開始JDK1.4之前是基于阻塞的IO；發展到1.4釋出後的Nio提供了selector多路複用的機制以及channel和buffer，再到1.7的NIO更新提供了真正的異步api；再發展到後來嶄露頭角的MINA和Netty。是以整個網絡IO程式設計的學習整理，也會按照下面的幾個步驟來進行：
- 網絡IO的基本知識與概念
- 普通IO以及BIO伺服器
- NIO的使用與伺服器Hello world
- Netty的使用與伺服器Hello world
今天就簡單的了解下網絡IO需要具備的基本知識與概念。
同步、異步和阻塞、非阻塞
經常聽人提起，同步阻塞伺服器或者異步非阻塞伺服器，網上有很多的文章針對這個概念作出了講解，每個人了解的貌似都不太一樣。最容易把異步和非阻塞搞混....我這裡簡單的說下自己的了解：
同步synchronous、異步asynchronous，他們的差別就是發起任務後，本身的一個狀态——如果是一直等待結果，那就是同步；如果立即傳回，并采用其他的方式得到結果就是異步（比如，狀态、通知、回調）。
舉個例子：
- 在過去科技不發達的時候，銀行取錢都是排隊的模式。想取錢就得去排隊，直到輪到自己，這就是同步；
- 現在去銀行一般直接叫号，然後去休息位置休息打遊戲，登到輪到自己的時候，會有通知，這就是異步；
阻塞blocking、非阻塞non-blocking，則聚焦的是CPU在等待結果的過程中的狀态。比如前面的例子，排隊的過程中什麼也不做就是阻塞；一邊排隊，一遍玩王者榮耀就是非阻塞的。
使用者空間與内和空間
這個概念就涉及作業系統了，為了保護作業系統的安全，會将記憶體分為使用者空間和核心空間兩個部分。如果使用者想要操作核心空間的資料，需要把資料從内和空間拷貝到使用者控件。
伺服器接收用戶端發過來的請求，想要進行處理，大緻會經過下面幾個步驟：
- 伺服器的網絡驅動接收到消息，去核心上申請空間；并等待完整的資料包到達（有可能分組傳送，沒傳完...），複制到核心空間；
- 資料從核心空間拷貝到使用者空間
- 使用者程式進行處理
是以大緻可以把接收消息了解為兩個階段：1. 等待資料到達 2. 拷貝到使用者空間
了解了這個過程，就能明白為什麼會出現經典的5大網絡模型了.
五大網絡模型
這幾個網絡模型還是學生時代的時候也看過，但是了解的不夠透徹，也不知道到底有什麼差別。最近網上也看過不少的文章，發現有一些文章引用的小例子不錯，能很簡單的了解這些模型的意思。是以我這邊也借鑒一下：
在大連高新萬達後面有一條叫做金街的小吃街，有一個露天的路邊攤叫做“小紅旗”，主要是做炸臭豆腐和冷面，然後用冷面把臭豆腐卷起來，刷上臭烘烘的醬料，非常好吃。每次路過都能看到不少人在排隊，隊伍長的有種想讓人辭職加盟的感覺....基本上排個隊伍都得半個小時-一個小時吧。
這個排隊的過程，明顯就是上面所說的同步阻塞模式....那我這邊就設想下，如果小紅旗的生意做大了，可以怎麼發展？正好套用下網絡模型的概念...
1. 同步阻塞IO
這個就不詳細說了，排隊的過程哪也去不了，如果你還沒有帶手機，排隊的過程中就隻能幹瞪眼了。這就是很明顯的同步+阻塞模式。
2. 同步非阻塞IO
如果小紅旗的老闆搞了一個點菜機，來點單的顧客把自己想吃的劃上，然後等着老闆去做，自己可以在這一個小時的時間裡去周圍商場溜達下。但是由于沒有任何通信方式，隻能不停的回來問老闆，做好了沒有。
回來詢問的時間是由顧客自己掌控的，如果時間很短，那麼可以盡量早的知道臭豆腐炸好沒，但是也會影響逛街的體驗；如果時間很長，有可能臭豆腐早就做好了..結果放的時間長了，反而不好吃了。
是以非阻塞IO基于狀态輪訓的方式，雖然能讓程式在等待的過程中做點其他的事情，但是頻繁的切換運作程式，反而會造成很大的壓力。
3. IO多路複用/事件驅動
小紅旗老闆更新了系統，放棄使用點菜機，改用麥當勞那種點餐大屏。同樣是點餐，但是一個大屏裡面顯示了很多人的臭豆腐進度，即節省了資源，也避免大家不停的詢問。
其實Nio活着Netty就是基于這種模式，一個線程就可以監聽很多IO操作，這樣在IO等待上就高效多了。具體實作是依賴于作業系統的，windows和linux都有不同的實作方式。最初的select或者poll，都有并發數的限制，并且NIO的select還有空輪訓的問題；epool則突破了連接配接數的限制，一個線程就可以監聽大量的IO操作。這個感興趣的朋友，可以深入了解下select、poll、epool的原理。
4. 信号驅動IO
小紅旗老闆又時髦了，搞了一個更新版的美味不用等。顧客基于微信小程式點菜，菜做好了自動提醒顧客取餐....這個提醒的過程，就像是發射了一個特殊的信号。
不過UNIX網絡程式設計裡面的信号驅動，可沒這麼簡單，這個信号是依賴于作業系統底層的，捕獲信号或者處理都很麻煩，是以現在應用的也不是很廣泛。
5. 異步非阻塞IO
一對小情侶李雷和韓梅梅，韓梅梅口味很重，特别喜歡吃臭豆腐，但是李雷完全不感興趣，聞到味道就想吐。于是李雷就跟韓梅梅約定，讓韓梅梅自己去吃，李雷跑到旁邊的咖啡廳喝咖啡。韓梅梅自己去排隊買臭豆腐，買完順便吃完，然後回來找李雷....
這個過程就是異步非阻塞的，消息的等待和處理都在伺服器端完成，使用者隻要最後接收到消息處理完的通知就行了。
總結
總結來說，這幾種網絡模型：
- 同步阻塞：強調的是我要做！ —— 别的啥也别說，就是要做！
- 同步非阻塞：強調的是我想做！ —— 在想的過程中，幹點其他的事情更好。
- 異步非阻塞：強調的是我做完了！—— 等得到結果通知的時候，工作已經做完了。
其中細節，還需慢慢體會...後面的文章将會挑幾個模型做代碼的示範，更多内容還請持續關注。
參考
- 并發程式設計網
- Netty源碼分析
- IO多路複用之select、poll、epoll
- 聊聊Linux五種IO模型
- 聊聊同步、異步、阻塞、非阻塞
- Netty官方文檔
- 一篇文章，讀懂Netty的高性能架構之道
- 代碼示例分享
作者：xingoo
出處：http://www.cnblogs.com/xing901022
本文版權歸作者和部落格園共有。歡迎轉載，但必須保留此段聲明，且在文章頁面明顯位置給出原文連接配接！