BIO 和 NIO 的區別和原理

BIO

BIO(Blocking IO) 又稱同步阻塞 IO，一個客戶端由一個線程來進行處理

當客戶端建立連接後，服務端會開闢線程用來與客戶端進行連接。以下兩種情況會造成 IO 阻塞：

  1. 服務端會一直阻塞，直到和客戶端進行連接

  2. 客戶端也會一直阻塞，直到和服務端進行連接

基於 BIO，當連接時，每有一個客戶端，服務就開啓線程處理，這樣對資源的佔用是非常大的；如果使用線城市來做優化，當大量連接時，服務端也會面臨無空閒線程處理的問題。那麼怎麼設計才能讓單個線程能夠處理更多請求，而不是一個。所以 NIO 就被提出。

NIO

NIO（Non Blocking IO）又稱同步非阻塞 IO。服務器實現模式爲把多個連接 (請求) 放入集合中，只用一個線程可以處理多個請求（連接），也就是多路複用。

NIO 有 3 大核心組件：

  1. Buffer：緩衝區，buffer 底層就是數組

  2. Channel：通道，channel 類似於流，每個 channel 對應一個 buffer 緩衝區

  3. Selector：多路複用器，channel 會註冊到 selector 上，由 selector 根據 channel 讀寫事件的發生將其交由某個空閒的線程處理

這樣就大大提升了連接的數量，用於接收請求。

NIO 目前有三個函數（模型）

Select 函數

Select 是 Linux 提供的一個函數，可以將一批fd一次性傳遞給內核，然後由內核去遍歷，來確定哪個fd符合，並提供給用戶空間

Select 函數處理過程

  1. 將用戶空間的fd數組拷貝到內核空間

  2. 內核空間會遍歷fd數組，查看是否有數據到達

  3. 遍歷所有fd，將當前進程掛到每個fd的等待隊列中

  4. 當設備收到一條消息（網絡設備）或填寫完文件數據（磁盤設備）後，會喚醒設備等待隊列上睡眠的進程，隨後當前進程就會被喚醒

  5. 遍歷完成後，如果有數據到達，返回有數據到達的fd的數量，並對用戶空間的fd做標記

  6. 如果無數據到達，則當前進程進入睡眠，當有某個fd有I/O事件或當前進程睡眠超時後，當前進程重新喚醒再次遍歷所有fd文件

  7. 用戶空間在此循環遍歷，沒有標記的 fd不處理，只有標記的fd纔會去處理

Select 存在的問題

  1. fd數量有限制：單個進程所打開的fd是有限制的，通過 FD_SETSIZE 設置，默認 1024

  2. fd拷貝耗時：每次調用 select，需要將fd數組從用戶空間拷貝到內核空間

  3. 內核空間遍歷耗時：內核空間通過遍歷的方式，查看fd是否有數據到達，這是一個同步的過程

  4. 找到fd後，返回的是數量，而不是fd本身：select返回的是fd的數量，具體是哪個還需要用戶自己遍歷

Poll 函數

Poll 也是 Linux 提供的內核函數，poll 和 select基本是一致，唯一的區別在於它們支持的fd的數量不一致

Epoll 函數

poll解決了select函數的fd數量問題，而epoll解決了select、poll函數其餘問題：

  1. fd數量有限制：poll已經解決此問題

  2. fd拷貝耗時：內核空間中保存一份fd數組，無需用戶每次都重新傳入，只需要告訴內核修改的部分即可

  3. 內核空間遍歷耗時：內核空間不再通過遍歷的方式找fd，而是通過異步 IO 事件喚醒

  4. 找到fd後，返回的是數量，而不是fd本身：內核空間會通過異步 IO 事件，將fd返回給用戶，用戶無需在遍歷整個fd數組

因此，epoll 提供 3 個函數，來處理上述改進的方案：

  1. epoll_create：創建 epoll 句柄

  2. epoll_ctl：向內核空間添加，修改，刪除需要監控的fd

  3. epoll_wait、epoll_pwait：類似 select函數

sourc：www.cnblogs.com/reim/p/16968278.html
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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/apSNn8Up-B0ENZ8rzEiNTQ

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