IO

网络io

网络传输？

• 应用层【计算机用户，以及各种应用程序和网络之间的接口】
• 表示层【其主要功能是“处理用户信息的表示问题，如编码、数据格式转换和加密解密”等】
• 会话层【用户应用程序和网络之间的接口，主要任务是：向两个实体的表示层提供建立和使用连接的方法】
• 传输层【TCP/UDP】
• 网络层【ip】
• 数据链路层【port】
• 物理层【物理层的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异】

四元组？

• server ip&监听port
• client ip&随机端口

三次握手？

• client 发送sync到 server 【你收到我的包裹了么】
• server 发送sync + ack 到 client 【我收到了你的包裹】
• client 发送ack到 server 【我知道你收到了我的包裹】
• 以上握手消息交互 异常重试，三次握手保证双方都能正常 发送和接收 数据

四次挥手？

• client 发送fin 到server 【我准备要断开了】
• server 发送ack 【我知道你准备好要断开了，等会我准备好了再告诉你】
• server 发送ack 【我也准备好要断开了】
• client 发送ack 【咱俩都准备好了，断开吧清理资源】
• 四次挥手保证双方都完成了数据的 发送和接收

BIO 同步阻塞

• socket(ip+port)
• serverSocket(ip+port)
• 对于server端来说，客户端的每一个socket链接需要一个线程(单独线程、线程池中的一个线程)去处理读写

NIO 异步阻塞

• channel 通道接口
• socketChannel(socket(ip+port)) implements channel
• serverSocketChannel(serverSocket(ip+port)) implements channle
• buffer
• selector
• 对于server端来说，客户端的多个socketChannel链接注册到selector，使用一个线程来通过select()获取那个socketChannel就绪并处理读写

AIO 异步非阻塞

IO模型

• 阻塞IO：
• 非阻塞IO:

• IO多路复用：

• 信号量IO：

信号驱动 I/O 和多路复用型I/O的主要区别在于：信号驱动型 I/O 的底层实现机制是事件通知，而多路复型用 I/O 的底层实现机制是遍历+回调。

• 异步I/O:

不管是I/O复用还是信号驱动，要读取一个数据总是要发起两阶段的请求，第一次发送select请求，询问数据状态是否准备好，第二次发送recevform请求读取数据。

有没有有一种方式，我只要发送一个请求我告诉内核我要读取数据，然后我就什么都不管了，然后内核去帮我去完成剩下的所有事情？

于是有人设计了一种方案，应用只需要向内核发送一个read 请求，告诉内核它要读取数据后即刻返回；内核收到请求后会建立一个信号联系，当数据准备就绪，内核会主动把数据从内核复制到用户空间，等所有操作都完成之后，内核会发起一个通知告诉应用，我们称这种模式为异步IO模型。

同步异步？阻塞非阻塞？

socket的read 需要经历两个阶段，1内核数据缓冲区数据到达 2数据从缓冲区copy到用户态

• 同步异步是指 1、2两个阶段是否有等待，从发起IO到得到结果没有任何阻塞。
• 阻塞非阻塞是指 1阶段是否阻塞

文件io

BIO

• fileInputStream
• fileOutputStream NIO
• Files.read
• Files.write
• FileChannel

NIO是面向buffer数据块读写，BIO面向流的读写。

Buffer

属性

• capactiy 【最大容量、创建时指定且不可变】
• limit【缓冲区当前终点，不能对缓冲区超出limit的位置进行读写】
• position 【下一个要被读/写的索引位置，每次读写移动位置，为下次读写做准备】
• mark 【标记暂存postion，调用reset()可以让position 恢复到标记位置】

方法

• allocate(int capacity) 从堆中创建一个容量为capacity的数组
• allocatDirect(int capacity) 从物理内存中创建缓冲区，开辟直接内存消耗较大，因此在缓冲区长期存在并频繁使用情况下使用
• wrap(byte[] array)
• wrap(byte[] array,int offset,int length)
• limit() 获取limit位置
• reset() position 设置为mark的值
• clear() position=0、limit=capacity、mark=-1
• flip()
• rewind() position=0、mark=-1
• remaining() limit - position
• hasRemaining() position < limit?
• compact()
• get() 读取position位置数据，position++
• get(index) 读取 index位置数据
• get(byte,offset,length) 从position读出length个数据从byte的offset位置开始写入byte中
• put(byte) 向position位置写入数据，position++
• put(index,byte) 向position位置写入数据
• put(bytebuffer) 从position 写如bytebuffer
• put(bytebuffer,offset,length) 从offset写入 bytebuffer数据的length长度

数据copy与内核态用户态切换

• BIO

• mmap + write

• sendfile

• sendfile + DMA gather