Netty的几种IO模式的实现与切换
写在文章开头
今天我们就基于Netty来简单聊聊开发中几种常见的IO模式以及Netty对于这几种IO模式的实现，希望对你有帮助。
Hi，我是 sharkChili ，是个不断在硬核技术上作死的 java coder ，是 CSDN的博客专家 ，也是开源项目 Java Guide 的维护者之一，熟悉 Java 也会一点 Go ，偶尔也会在 C源码 边缘徘徊。写过很多有意思的技术博客，也还在研究并输出技术的路上，希望我的文章对你有帮助，非常欢迎你关注我的公众号： 写代码的SharkChili 。
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详解几种常见的IO模式
同步与异步
在了解IO模式之前我们需要了解几个重要的概念，先来聊聊同步与非同步的概念，同步即意味着若内核缓冲区存在就绪数据时，应用程序中到内核中主动read就绪数据：
而异步则是应用程序到系统内核获取就绪数据时，若没有数据则直接返回并注册回调，当有就绪的数据时，直接通过回调通知进程：
阻塞与非阻塞
网络IO中的阻塞和非阻塞，这个概念是针对应用程序数据读取阶段的，如果是阻塞读，当应用程序通过read方法到系统内核缓冲区中获取，如果缓冲区没有数据，那么当前线程就会阻塞。对应的写请求也是一样，如果缓冲区已满那么线程也会阻塞等待有足够空间再进行写入：
而非阻塞读取则反之，当内核缓冲区没有就绪数据时，系统调用会直接返回，写请求同理：
Netty提供的几种IO模式
有了上述概念的基础，我们就可以正式的介绍如下几种IO模式，它们分别是：
- BIO:同步阻塞模型，由上述的概念我们可以知晓这种模式如果在没有就绪数据时，线程会阻塞等待，一旦数据就绪之后也是主动调用系统内核函数主动阻塞read获取数据。
- NIO：同步非阻塞，很明显这种模式下到系统内核发现没有就绪的数据会直接返回，一旦有了就绪数据也是主动调用read函数获取。
- AIO：异步非阻塞，这种模式理论上是性能表现最出色的，系统内核没有就绪的事件它会直接注册回调并返回，后续一旦有就绪的数据则通过回调主动将数据推送给应用程序。
Netty中已经对这种模型做了封装，我们以BIO创建服务端为例对应的代码示例如下，可以看到我们的线程组和channel都是采用OiO即old io模式。
这里补充说明一下，很多人认为BIO模式性能表现一定会差于NIO，这一点笔者是不认同的，个人认为对于连接少、并发度较低的场景， 的线程专注于处理这些仅有的连接的设计性能表现会更加出色：
EventLoopGroup bossGroup = new OioEventLoopGroup(1);//设置为BIO的事件轮询器EventLoopGroup workerGroup = new OioEventLoopGroup();final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();try {ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();b.group(bossGroup, workerGroup)//设置服务端channel为BIO.channel(OioServerSocketChannel.class);//......
如果我们希望切换为NIO则直接替换group创建和channel即可：
//设置线程组为NIOEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();final EchoServerHandler serverHandler = new EchoServerHandler();try {ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();b.group(bossGroup, workerGroup)//设置channel为NIO类型.channel(NioServerSocketChannel.class);//......
需要了解的是Netty并没有为AIO进行相应的实现，其原因如下：
AIO在Linux上相较于epoll这种NIO模型性能没有太大的提升。AIO在Windows上有着较成熟的方案，但是市场主流都是采用Linux作为主流服务器。AIO在Linux上的实现还是不够成熟。
Netty对于IO模式自由切换的设计
可以看到Netty对于IO模式的切换只需在channel上进行简单的配置即，这一点它是如何设计与实现的呢？本质上channel方法采用的泛型抽象+工厂模式并结合反射这种理念，在配置引导类时，通过channel方法传入不同的IO模式策略class，其内部会基于这个class将其封装为channel工厂，后续服务初始化时就会基于这个channel工厂通过反射的方式生成服务端channel：
这一点我们步入AbstractBootstrap的channel方法就可以看到，它会将我们的泛型class封装为反射工厂ReflectiveChannelFactory并通过channelFactory赋值给AbstractBootstrap的channelFactory：
public B channel(Class<? extends C> channelClass) {//基于channelClass将其封装为ReflectiveChannelFactory然后复制给channelFactoryreturn channelFactory(new ReflectiveChannelFactory<C>(ObjectUtil.checkNotNull(channelClass, "channelClass")));}
后续服务端初始化方法initAndRegister就会通过channelFactory的newChannel反射生成服务端channel再调用init完成初始化：
final ChannelFuture initAndRegister() {Channel channel = null;try {//调用newChannel进行反射创建channelchannel = channelFactory.newChannel();//初始化channelinit(channel);} catch (Throwable t) {//......}//......}
于是其内部就来到我们的实现ReflectiveChannelFactory的newChannel，可以看到它通过反射完成channel创建，很明显这种通过泛型抽象，工厂懒加载的设计很好的维护的channel的创建时机和拓展：
@Overridepublic T newChannel() {try {return constructor.newInstance();} catch (Throwable t) {throw new ChannelException("Unable to create Channel from class " + constructor.getDeclaringClass(), t);}}
默认NIO已经实现了epoll，为什么Netty还需要自实现呢？
NIO默认已经实现了epoll，但是Netty还是自实现了一版本的epoll：
b.group(bossGroup, workerGroup).channel(EpollServerSocketChannel.class)
这样做的其实是一种自信，NIO默认情况下是水平触发某些场景下开销很大，而Netty是支持自行配置水平触发和边缘触发，EpollServerSocketChannel在此基础上做了很多的参数封装，提供开发有更多的灵活的选择，对于后续的优化是可控的，且Netty实现的NIO相较于JDK默认的实现产生的垃圾更少且性能表现更出色。
小结
本文通过源码示例结合源码简单介绍了几种IO模式和Netty实现和设计理念，希望对你有帮助。
我是 sharkchili ，CSDN Java 领域博客专家，开源项目—JavaGuide contributor，我想写一些有意思的东西，希望对你有帮助，如果你想实时收到我写的硬核的文章也欢迎你关注我的公众号： 写代码的SharkChili 。
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