NIO

核心概念

Netty框架就是对NIO编程的封装，那么就需要知道NIO底层的几个核心概念：

Channel(通道) ：传递内容的渠道（socket的集合）
Selector(多路复用器)：前台小姐姐，用来关注那些channel注册的感兴趣的事件
SelectionKey ：用来标识某个事件
Buffer(缓冲区) ：存放数据

简言概之：根据不同的SelectionKey来区分不同事件，channel先去selector里注册想要什么事件，来了相应事件Selector则去通知不同的channel。

那么NIO如何去感知事件是否就绪呢？

我们先需要知道在Linux下，通过什么来标识一个文件

文件描述符：File descriptor,简称fd。当应用程序请求内核打开/新建一个文件时，内核会返回一个文件描述符用于对应这个打开/新建的文件，其fd本质上就是一个非负整数

select

int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

select 函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，直到有描述副就绪（有数据可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可），函数返回。当select函数返回后，可以通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。

poll

int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout)

不同与select使用三个位图来表示三个fdset的方式，poll使用一个 pollfd的指针实现。

pollfd结构包含了要监视的event和发生的event，不再使用select“参数-值”传递的方式。同时，pollfd并没有最大数量限制（但是数量过大后性能也是会下降）。和select函数一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。

epoll（重点）

epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说，可以看到epoll做了更细致的分解，包含了三个方法，使用上更加灵活。

epoll底层结构由rdllist 就绪列表（双向链表）和等待队列构成，并且其存储socket的数据结构为红黑树。

int epoll_create(int size)；
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

int epoll_create(int size)

创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大，这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值，参数size并不是限制了epoll所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。当创建好epoll句柄后，它就会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event event)

函数是对指定描述符fd执行op操作。

epfd：是epoll_create()的返回值。

op：表示op操作，用三个宏来表示：添加EPOLL_CTL_ADD，删除EPOLL_CTL_DEL，修改EPOLL_CTL_MOD。分别添加、删除和修改对fd的监听事件。

epoll_event：是告诉内核需要监听什么事，有具体的宏可以使用，比如EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

等待epfd上的io事件，最多返回maxevents个事件。

参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

select、poll、epoll的比较

1、表面上看epoll的性能最好，但是在连接数少并且连接都十分活跃的情况下，select和poll的性能可能比epoll好，毕竟epoll的通知机制需要很多函数回调。

2、select低效是因为每次它都需要轮询。但低效也是相对的，视情况而定，也可通过良好的设计改善。

Netty

Netty相对于NIO模型，做了进一步升级：

首先是主从Reactor模型即Netty搞了两个线程池BossGroup和WorkGroup，其底层有NioEventLoop组成，而NioEventLoop由selector和 TaskQueue（LinkedBlockingQueue）组成。BossGroup里的NioEventLoop的selector只感兴趣连接请求，而其他读写请求由WorkGroup下的NioEventLoop的selector去感知。
Netty除了ServerSocketChannel（负责连接请求的channel）还有其他负责读写请求的channel（双向链表），入站事件和出站事件互相不影响，每个channel里由pipeline组成，而pipeline由一系列Handler组成
Netty实现了异步操作,底层使用了Future框架，即异步去进行channel的初始化操作，等客户端有请求来，再去回调initChannel()方法，加上自己想要添加的Handler。
Netty支持自定义的序列化协议（可拓展性强的体现）protostuf
Netty使用了ByteBuf，即使用直接内存来缓存数据
Netty使用了无锁串行化设计思想，即一个线程搞定事件的分发，减少了线程切换的cpu损耗

下面为Netty模型图:

netty线程模型.png

NIO & Netty 初识

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