Linux网络编程5种IO模型
根据UNIX网络编程对于IO模型的分类，UNIX提供了5种IO模型，分别是
阻塞IO、非阻塞IO、IO复用、信号驱动IO、异步IO。这几种IO模型在《UNIX网络编程》中有详解，这里作者只简单介绍，帮助大家回忆一下这几种模型。
对于Linux来说，所有的操作都是基于文件的，也就是我们非常熟悉的fd，在缺省的情况下，基于文件的操作都是阻塞的。下面就通过系统调用recvfrom来回顾下这五种模型。模型的图示来源于《Netty权威指南》下面不再说明。
阻塞IO
系统调用recvfrom直到有数据到达并且从内核空间copy到用户空间才返回，这期间recvfrom调用者一直等待，这就是阻塞IO。
非阻塞IO
应用进程反复调用recvfrom询问操作系统内核数据是否准备好，相对于阻塞来说，你可以理解为非阻塞自主能力变强。从图中可以看出数据没有准备好的时候内核返回EWOULDBLOCK。
IO复用
Linux给我们提供的IO复用相关的函数有select、poll、epoll这几个函数的优缺点这里就不做详述了，想要再深入了解的同学可以看下我以前的这篇文章：epoll详解：从底层了解IO复用。
信号驱动IO
应用进程建立一个SIGIO信号处理程序，当内核数据准备好的时候，会产生一个SIGIO信号，处理程序收到这个信号并通知进程调用recvfrom。
异步IO
应用程序执行系统调用，告知内核某个操作，并让内核在整个操作完成后（包括将数据从内核复制到应用缓冲区）通知应用进程。这种模式与信号驱动模式的主要区别在于：信号驱动IO由内核通知我们何时可以开始IO操作。异步驱动IO由内核通知我们IO操作是否完成。
用漫画帮你分清同步异步阻塞非阻塞
说到
同步、异步、阻塞、非阻塞很多人分不清他们之间的区别，每次听到这几个词语的时候就头大。更别说他们的组合同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞了。针对这几个大家非常容易混淆的词语，我画了一幅漫画帮助大家理解。欢迎大家来吐槽我的第一个漫画作品《洗衣服的故事》。
你看到这四个词语的时候肯定以为是说的同一件事，描述的是同一个对象，这种理解是错误的。我们可以把 同步、异步 看做一组，阻塞和非阻塞 看成一组。这两者的主要区别就是：前者是"消息通知机制",后者是“等到消息通知时的状态”。
这样说你可能还是没有理解，结合上面的漫画情景中"消息通知机制"就是洗衣机，“等待消息通知时的状态"就是人。拿"异步非阻塞"举例，洗衣机洗完衣服会发出"滴滴"声通知人已经完成了"洗衣服"这个任务，这就是"消息通知机制”，这个过程中人不必傻等着洗衣机"洗衣服"这个任务的结果，可以干其他的事情“浇花”，听到洗衣机的"滴滴"声之后可以去"晾衣服"。这就是一种"等待消息通知时的状态"。
从BIO到AIO
BIO通信模型
BIO通信模型也叫一请求一应答模型。顾名思义，服务器没接收到一个请求就会生成一个线程来处理这个请求。
这种模式最大的问题是缺乏弹性伸缩能力。这种模式接收一个请求就开启一个线程取处理。众所周知，线程资源对于JVM虚拟机是极其宝贵的，线程数过度膨胀的时候，系统性能会急剧下降，并发很大的情况下很容易会导致资源耗尽而出现堆栈溢出，进而出现宕机或者僵死、服务器崩溃，无法对外服务。上面图示中Client5就是资源耗尽时服务器无法提供服务的场景，用户看到的将是异常或者超时。
伪异步IO模型
用过线程池的同学都知道线程池的好处是我们可以指定核心线程数、最大线程数、线程池队列大小并且可以设置拒绝策略。所以这种模式相比于阻塞IO来说线程的创建，服务的范围是可控的。无论多少个客户端并发，都不会导致服务器资源的耗尽和宕机。
NIO编程
NIO是Non-block I/O(非阻塞IO)的简称。使用IO复用编写的服务器和客户端就是NIO编程的很好的示例。我们设置了读写都是非阻塞之后，当没有可读或者可写的数据的时候，线程不同步等待，会直接返回。想要再深入了解的同学可以看下我以前的这篇文章：epoll详解：从底层了解IO复用。
AIO编程
NIO 2.0引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。
异步通道获取获取操作结果方式：
1.使用java.util.concurrent.Future类表示异步操作的结果；
2.在执行异步操作的时候传入一个java.nio.channels。
操作完成后胡回调CompletionHandler接口的实现类。
NIO 2.0的异步套接字通道是真正的异步非阻塞I/O，对应于UNIX网络编程中的事件驱动I/O。
为什么选择Netty
不选择Java原生NIO编程的原因
以下内容引用自《Netty权威指南》：
- NIO类库和API繁杂，使用麻烦，你需要熟练掌握
Selector，ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等。 - 需要其他额外的技能做铺垫，例如熟悉Java多线程编程。这是因为NIO编程涉及
Reactor模式，你必须对多线程和网络编程十分熟悉，才能编写出高质量的NIO程序。 可靠性能力补齐，工作量和难度都非常大。例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常码流的处理问题，NIO编程的特点是功能开发相对容易，可靠性能力补齐的工作量和难度巨大。- JDK NIO的BUG，例如臭名昭著的
epoll GUG，它会导致Selector空轮询，最终导致CPU 100%。官方声称在1.6版本中修复，但是在1.7版本中该问题依然存在，只不过GUG发生的概率降低了很多。
为什么选择Netty
Netty是业界最流行的NIO框架之一， 它的健壮性、功能、性能、可定制性和可扩展性在同类框架中都是首屈一指的， 它已经得到成百上千的商用项目验证， 例如Hadoop的RPC框架Avro就使用了Netty作为底层通信框架， 其他还有业界主流的RPC框架， 也使用Netty来构建高性能的异步通信能力。
通过对Netty的分析，我们将它的优点总结如下。
- API使用简单， 开发门槛低；
- 功能强大，预置了多种编解码功能，支持多种主流协议；
- 定制能力强， 可以通过
ChannelHandler对通信框架进行灵活地扩展； - 性能高， 通过与其他业界主流的NIO框架对比，Netty的综合性能最优；
- 成熟、稳定，Netty修复了已经发现的所有
JDK NIO BUG， 业务开发人员不需要再为NIO的BUG而烦恼； - 社区活跃， 版本迭代周期短， 发现的BUG可以被及时修复，同时， 更多的新功能会加入；
- 经历了大规模的商业应用考验， 质量得到验证。Netty在互联网、大数据、网络游戏、企业应用、电信软件等众多行业已经得到了成功商用，证明它已经完全能够满足不同行业的商业应用了。
正是因为这些优点，Netty 逐渐成为了 Java NIO 编程的首选框架。
小结
通过以上内容帮助大家回忆一下Linux网络编程中的IO模型，搞清楚同步异步阻塞非阻塞的概念，了解了BIO到NIO的区别和联系。最后我们知道了众多的NIO框架中，为什么要选择Netty。这些知识也是我们后续进行网络编程和Netty开发的基础。
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