Java的網絡編程如果不是專門搞服務器性能開發或者消息分發，幾乎可能涉及不到。但是它卻是面試找工作必問的一個知識點，涵蓋的知識體系也非常廣泛，從Java底層IO原理到操作系統內核組成，再到網絡TCP、UDP、HTTP的應用實踐....因此，即便是職場多年的老油條，仍然需要時刻復習，更別提我這種只有七秒鐘記憶的小菜鳥了。

Java網絡IO的演化，從最開始JDK1.4之前是基於阻塞的IO；發展到1.4發布後的Nio提供了selector多路復用的機制以及channel和buffer，再到1.7的NIO升級提供了真正的異步api；再發展到後來嶄露頭角的MINA和Netty。因此整個網絡IO編程的學習整理，也會按照下面的幾個步驟來進行：

1. 網絡IO的基本知識與概念
2. 普通IO以及BIO服務器
3. NIO的使用與服務器Hello world
4. Netty入門與服務器Hello world
5. Netty深入淺出

今天就簡單的了解下網絡IO需要具備的基本知識與概念。

同步、異步和阻塞、非阻塞

經常聽人提起，同步阻塞服務器或者異步非阻塞服務器，網上有很多的文章針對這個概念作出了講解，每個人理解的貌似都不太一樣。最容易把異步和非阻塞搞混....我這裏簡單的說下自己的理解：

同步synchronous、異步asynchronous，他們的區別就是發起任務後，本身的一個狀態——如果是一直等待結果，那就是同步；如果立即返回，並采用其他的方式得到結果就是異步（比如，狀態、通知、回調）。

舉個例子：

1. 在過去科技不發達的時候，銀行取錢都是排隊的模式。想取錢就得去排隊，直到輪到自己，這就是同步；
2. 現在去銀行一般直接叫號，然後去休息位置休息打遊戲，登到輪到自己的時候，會有通知，這就是異步；

阻塞blocking、非阻塞non-blocking，則聚焦的是CPU在等待結果的過程中的狀態。比如前面的例子，排隊的過程中什麽也不做就是阻塞；一邊排隊，一遍玩王者榮耀就是非阻塞的。

用戶空間與內和空間

這個概念就涉及操作系統了，為了保護操作系統的安全，會將內存分為用戶空間和內核空間兩個部分。如果用戶想要操作內核空間的數據，需要把數據從內和空間拷貝到用戶控件。

舉個例子：

服務器接收客戶端發過來的請求，想要進行處理，大致會經過下面幾個步驟：

1. 服務器的網絡驅動接收到消息，去內核上申請空間；並等待完整的數據包到達（有可能分組傳送，沒傳完...），復制到內核空間；
2. 數據從內核空間拷貝到用戶空間
3. 用戶程序進行處理

因此大致可以把接收消息理解為兩個階段：1. 等待數據到達 2. 拷貝到用戶空間

了解了這個過程，就能明白為什麽會出現經典的5大網絡模型了.

五大網絡模型

這幾個網絡模型還是學生時代的時候也看過，但是理解的不夠透徹，也不知道到底有什麽區別。最近網上也看過不少的文章，發現有一些文章引用的小例子不錯，能很簡單的了解這些模型的意思。所以我這邊也借鑒一下：

在大連高新萬達後面有一條叫做金街的小吃街，有一個露天的路邊攤叫做“小紅旗”，主要是做炸臭豆腐和冷面，然後用冷面把臭豆腐卷起來，刷上臭烘烘的醬料，非常好吃。每次路過都能看到不少人在排隊，隊伍長的有種想讓人辭職加盟的感覺....基本上排個隊伍都得半個小時-一個小時吧。

這個排隊的過程，明顯就是上面所說的同步阻塞模式....那我這邊就設想下，如果小紅旗的生意做大了，可以怎麽發展？正好套用下網絡模型的概念...

1. 同步阻塞IO

這個就不詳細說了，排隊的過程哪也去不了，如果你還沒有帶手機，排隊的過程中就只能幹瞪眼了。這就是很明顯的同步+阻塞模式。

2. 同步非阻塞IO

如果小紅旗的老板搞了一個點菜機，來點單的顧客把自己想吃的劃上，然後等著老板去做，自己可以在這一個小時的時間裏去周圍商場溜達下。但是由於沒有任何通信方式，只能不停的回來問老板，做好了沒有。

回來詢問的時間是由顧客自己掌控的，如果時間很短，那麽可以盡量早的知道臭豆腐炸好沒，但是也會影響逛街的體驗；如果時間很長，有可能臭豆腐早就做好了..結果放的時間長了，反而不好吃了。

因此非阻塞IO基於狀態輪訓的方式，雖然能讓程序在等待的過程中做點其他的事情，但是頻繁的切換運行程序，反而會造成很大的壓力。

3. IO多路復用/事件驅動

小紅旗老板升級了系統，放棄使用點菜機，改用麥當勞那種點餐大屏。同樣是點餐，但是一個大屏裏面顯示了很多人的臭豆腐進度，即節省了資源，也避免大家不停的詢問。

其實Nio活著Netty就是基於這種模式，一個線程就可以監聽很多IO操作，這樣在IO等待上就高效多了。具體實現是依賴於操作系統的，windows和linux都有不同的實現方式。最初的select或者poll，都有並發數的限制，並且NIO的select還有空輪訓的問題；epool則突破了連接數的限制，一個線程就可以監聽大量的IO操作。這個感興趣的朋友，可以深入了解下select、poll、epool的原理。

4. 信號驅動IO

小紅旗老板又時髦了，搞了一個升級版的美味不用等。顧客基於微信小程序點菜，菜做好了自動提醒顧客取餐....這個提醒的過程，就像是發射了一個特殊的信號。

不過UNIX網絡編程裏面的信號驅動，可沒這麽簡單，這個信號是依賴於操作系統底層的，捕獲信號或者處理都很麻煩，所以現在應用的也不是很廣泛。

5. 異步非阻塞IO

一對小情侶李雷和韓梅梅，韓梅梅口味很重，特別喜歡吃臭豆腐，但是李雷完全不感興趣，聞到味道就想吐。於是李雷就跟韓梅梅約定，讓韓梅梅自己去吃，李雷跑到旁邊的咖啡廳喝咖啡。韓梅梅自己去排隊買臭豆腐，買完順便吃完，然後回來找李雷....

這個過程就是異步非阻塞的，消息的等待和處理都在服務器端完成，用戶只要最後接收到消息處理完的通知就行了。

總結

總結來說，這幾種網絡模型：

1. 同步阻塞：強調的是我要做！ —— 別的啥也別說，就是要做！
2. 同步非阻塞：強調的是我想做！ —— 在想的過程中，幹點其他的事情更好。
3. 異步非阻塞：強調的是我做完了！—— 等得到結果通知的時候，工作已經做完了。

其中細節，還需慢慢體會...後面的文章將會挑幾個模型做代碼的演示，更多內容還請持續關註。

參考

1. 並發編程網
2. Netty源碼分析
3. Netty源碼分析
4. Netty源碼分析
5. IO多路復用之select、poll、epoll
6. 聊聊Linux五種IO模型
7. 聊聊同步、異步、阻塞、非阻塞
8. Netty官方文檔
9. 一篇文章，讀懂Netty的高性能架構之道
10. 代碼示例分享

漫談Java IO之基礎篇