3:网络编程模型-操作系统对网络编程的封装

3.1 操作系统对网络数据的处理流程

应用程序网络编程面对的都是socket，socket是操作系统对网络模型的抽象。

网络数据到达网卡，网卡做链路层解析，是自己的数据，告知cpu，cpu拷贝到socket缓冲区（内核空间），拷贝完成通知等待读取的应用程序。



3.2 阻塞非阻塞同步与异步

本处：阻塞非阻塞同步异步指操作系统层面。

应用程序进程去读取网络数据的时候分两个阶段：

阶段1：询问内核socket缓冲是否有数据(本阶段支持阻塞与非阻塞配置）

阶段2：从内核的socket缓冲区拷贝到用户程序内存

阻塞：发起读请求，如果socket缓冲区没有数据，阻塞线程，有数据后拷贝，返回（等待数据达到，达到后拷贝数据返回）。

非阻塞：读如果缓冲区有数据，拷贝，如果没有返回失败。

多路复用：阶段1一个线程可询问多个socket的状态，关注的socket状态发送变化（主要有数据可读或可写），返回。如果没有任何状态变化阻塞，只到有变化才返回。属于阻塞，不过一个线程关注多个连接，提高了效率。linux 目前主流是用epoll模式。

多路复用的select 是阻塞的。

感觉是非阻塞：应用线程读写的时候跟buffer交互，并且读的时候socket已经有数据了，读就比较快。

多路复用配合非阻塞设置：

说明：非阻塞只能是第一阶段非阻塞，第二阶段拷贝过程没有非阻塞。

使用多路复用，必须同时将socket设置为非阻塞，这样可以在第一阶段实现用一个线程去获取多个连接的状态（批量做第一阶段的事-看是否有数据）。

多路复用及两阶段



为什么只在第一阶段支持非阻塞：

网络io的时候 读写，尤其是读，对方不是不停的写，而是间歇的写。第一阶段如果阻塞会导致线程长时间占用。 而拷贝阶段是内核缓冲区拷贝到用户缓冲区。跟第一阶段相比耗时很短。也没办法拷贝过程中中断。



同理：文件类型的channel在java NIO接口中不支持设置非阻塞。就是因为文件数据本身就在本地，准备阶段的没什么耗时，所以也没必要在接口上支持非阻塞。



应用开发：连接配置为阻塞，用多路服务去select 。



同步与异步：

异步是应用线程告知内核读写后就返回，读写由操作系统完成后告知应用程序。linux目前支持不好。

上述的多路复，阻塞与非阻塞模式都属于同步。

epoll与poll

select|poll 阻塞在所有socket 上，有socket 事件时，唤醒线程，线程自己从socket列表中遍历查找有事件的socket， 如果连接不较多，每次都遍历大量的连接，性能差。

过程模型



epoll

操作系统维护一个eventpoll列表，socket有事件时将自己放入列表，唤醒线程，

线程直接从eventpoll列表里取，取到的就是有事件的socket，避免了遍历。效率高。



应用线程，jdk,系统 间调用流程。

是采用epoll还是poll,select 都是系统实现的，应用程序接口是一样的。



3.3 java NIO的封装

java NIO 的新模型

主要引入了Channel ,buffer ,Selector

buffer :

socket缓存区数据大小与应用数据不一样,buffer可方便多读写写，多次读，维护读写共用一个buffer，并互不干扰，相比于原来的流，buffer提供了对数据的结构化访问与读写位置的维护,nio上应用程序读写都在buffer上。

channel：一个channel对应一个socket

Selector:支持多路复用。



参考：

极客时间架构师训练营-李智慧

软件架构设计-余春龙