在学习Netty框架之前，有一个话题是绕不开的，那就是：网络编程IO模型，有的同学听到IO模型就开始背八股文章了，Java中常见的IO模型有：同步BlockingBIO同步非阻塞NIO异步非阻塞AIO今天就和大家一起回顾一下这些知识点。Socket网络编程网络编程中一个重要的概念是：Socket，我们简单了解一下。在网络通信中，客户端和服务器通过双向通信连接交换数据，连接的任何一端都可以称为Socket。话不多说，看图，Socket网络通信的基本流程如下图所示：总结一下流程，可以简单描述为这四个步骤：(1)服务器启动，监听指定的端口，并等待客户端连接；(2)客户端尝试与服务器建立连接，建立可信的数据传输通道；(3)客户端与服务器端交换数据；(4)客户端或服务端断开并终止通信；了解了基本流程后，有些朋友可能会对Socket很感兴趣。什么是套接字？Socket中文翻译为套接字，是网络通信对象的抽象表达。听起来还是很模糊。从coder的角度来看，本质上就是一套编程接口，就是把复杂的TCP/IP协议封装起来，供上层应用使用，所以应该理解。Socket对象一般包括什么？一般包括五种信息：连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远程主机的IP地址、远程进程的协议端口。从这里我们可以看出，Socket包含了很多信息，也就是说，得到一个Socket对象就相当于知己知彼。上面传统BIO方式的一段，从理论的角度解释了什么是Socket。现在让我们回到开发语言实现层面。以Java为例，Java语言从1.0版本开始就封装了Socket相关的接口供开发者使用。这部分对代码感兴趣的朋友可以出去左转，查看java.net包下的源码。下面我们尝试用一个demo来演示传统的网络编程：servercode:publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{//创建一个ServerSocket，监听端口8888ServerSocketss=newServerSocket(8888);//循环监听客户端的请求while(true){//这将一直阻塞直到客户端连接到Socketsocket=ss.accept();//输入流用于接收消息InputStreaminputStream=socket.getInputStream();BufferedInputStreambufferedInputStream=newBufferedInputStream(inputStream);//输出流用于回复消息OutputStreamoutputStream=socket.getOutputStream();最终PrintStreamprintStream=newPrintStream(outputStream);//循环接收并回复客户端发送的消息byte[]bytes=newbyte[1024];国际长度；while((len=bufferedInputStream.read(bytes))!=-1){printStream.print("服务器收到："+newString(bytes,0,len));}}}效果演示：服务端运行后，使用telnet命令模拟客户端发送信息：telnet127.0.0.18888客户端每次发送消息，服务器都会回复，演示效果如下：仔细想想，上面的代码可能有问题，如果之前的客户端一直断开连接，服务器将无法处理来自的消息其他客户端，也就是说程序不具备并发能力。我们稍微修改一下，将之前的处理逻辑代码全部抽取出来，放到一个新的handle()方法中，每当客户端连接时，就开启一个新的线程进行处理：publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException{//创建一个ServerSocket并监听8888端口ServerSocketss=newServerSocket(8888);//循环监听客户端的请求while(true){//这会一直阻塞直到客户端连接到Socketsocket=ss.accept();//启动一个新线程来处理newThread(()->handle(socket)).start();}}这里为了演示方便，直接新建了一个线程，当然更好的办法是使用线程池，但是解决不了根本问题。看完两段代码，简单总结一下BIO模式的缺点：如果BIO使用单线程接收连接，会阻塞其他连接，效率较低。如果使用多线程，虽然削弱了单线程的影响，但是当有大并发进来的时候，会造成服务器线程过多，压力过大而崩溃。即使使用线程池，也只允许有限数量的线程同时连接。如果并发量远大于线程池设置的数量，还是和单线程一样。IO代码中的读操作是阻塞操作。如果连接不进行数据读写操作，线程就会被阻塞，也就是说只有连接被占用，没有数据发送，会造成资源浪费。比如线程池的500个连接中，只有100个是频繁读写的连接，其他都是占坑浪费资源！另外，多线程也会消耗线程切换。综上所述，BIO模式无法满足大并发业务场景，只适用于连接数比较少且固定的架构。同步阻塞BIO模式根据上面的例子，我们画一张图来抽象一下BIO网络编程场景：传统BIO的特点是只要有新的客户端连接过来，服务端就会开启一个线程来处理客户端请求，但是客户端连接上之后，不会一直对服务器进行IO操作，这样会导致服务器阻塞，一直占用线程资源，造成很多不必要的开销。为了解决这个问题，Java引入了NIO，我们往下看。NIOBIO是Java1.4之前开发者的唯一选择，1.4版本引入了NIO框架。NIO的N有两种含义，一种是：NewIO，一种是NonBlockingIO。“新”是相对于传统的BIO，在当时确实很新；NonBlockingIO又叫：同步非阻塞IO，同步非阻塞体现在：synchronous：本次调用后会返回调用的结果，不存在异步线程回调。非阻塞：表示线程不会一直等待。连接加入集合后，线程会一直轮询集合中的连接，有则处理，无则继续接受请求。NIO的三个基本组成部分学习NIO必须知道以下三个基本组成部分：(1)Buffer(缓冲区)IO是面向流的(字节流或字符流)，而NIO是面向块的，block是指Buffer缓冲区。面向块的方法可以一次获取或写入一整块数据，而不需要逐字节从流中读取，这样处理数据的速度会比流方法更快。Buffer缓冲区的底层实现是一个数组，根据数组类型可以细分为：ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer等。（2）Channel（通道）Channel翻译成中文为channel的意思，作用类似于IO中的Stream流。但是Channel和Stream的区别在于Channel是双向的，Stream只朝一个方向移动，而Channel可以用于读，写，或者两者兼而有之。CommonChannel类型：FileChannel用于文件操作场景；ServerSocketChannel和SocketChannel主要用于TCP网络通信IO，是本文的重点；DatagramChannel：从UDP网络读取或写入数据。Channel和Buffer的关系：每个Channel对应一个Buffer缓冲区，数据永远不能直接从Channel写入或读取。需要通过Buffer与Channel进行交互。（3）Selector（多路复用器）NIO服务器的实现方式是将多个连接（请求）放到一个集合中，多个请求（连接）只能由一个线程处理，即多路复用，Linux中多路复用的底层环境主要由内核函数（select、poll）实现。为了提高效率，Java1.5版本开始使用epoll。关于select、poll、epoll的比较，有兴趣的朋友可以自行上网搜索。在NIO中，我们将多路复用器称为：Selector，Channel会被注册到Selector中，Selector会根据Channel读写事件的发生，交给空闲线程处理。Buffer、Channel、Selector这三个组件之间的关系可以用下图来描述：基本工作流程如下：(1)首先将Channel注册到Selector中；(2)初始化Selector并调用select()方法，select方法会阻塞直到感兴趣的事件到来；(3)当一个Channel有连接或者读写事件发生时，Channel会处于就绪状态；(4)Selector开始轮询所有处于就绪状态的SelectionKey，通过SelectionKey可以获取对应的Channel集合；NIO比BIO好在哪里？NIO相对于BIO最大的改进是使用了多路复用技术，用少量的线程处理大量的客户端IO请求，提高了并发度，降低了资源消耗；此外，NIO的操作是非阻塞的。比如在单线程中，从通道中读取数据到缓冲区，同时继续做其他事情。当数据读入缓冲区后，线程继续处理数据。写数据也是一样。NIO的问题NIO这么好，是终极解决方案吗？其实不是，蔚来也有很多问题。我们来看看NIO存在的问题？(1)NIO的API使用起来很麻烦，门槛比较高。开发者需要精通：Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer等类。(2)NIO编程涉及Reactor模式。开发者需要非常熟悉多线程和网络编程才能编写出高质量的NIO程序；（3）处理异常场景比较麻烦，比如：客户端断线重连、网络闪断、拆包粘包、网络拥塞等；(4)NIO有bug，不稳定，如：臭名昭著的Epollbug，会导致Selector轮询为空，最终导致CPU占用100%。NIO出现了这么多问题，让一些开发者终于忍无可忍，终于诞生了Netty框架。Netty框架解决了哪些问题，有哪些优秀的特性，我们下期继续聊。
