介绍

网络通讯，一台计算机给另一台计算机传输数据，中间过程就叫做通信，也就是通过IO接口输入输出到另一台计算机，这个就叫做网络IO.

文件描述符（File descriptor）

是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统而windows为句柄的概念。

原文链接：

网络通信和IO（1）：网络通信与IO基本概念/什么是IO，什么是网络通信/文件IO和网络IO的区别/什么是文件描述符/什么是阻塞IO(BIO)/什么是非阻塞IO(NIO)/JAVA中的IO_丨1?io_加班攒钱种头发的博客-CSDN博客

 

同步IO和异步IO对比

同步阻塞IO/BlockingIO

经典应用阻塞socket/BIO

如果内核数组一直没准备号，那用户进程就将一直阻塞，浪费性能，可以使用非阻塞IO优化。

 同步非阻塞IO/ non BlockingIO

 

如果内核数据还么有准备好，可以先返回错误信息给用户进程，让它需要等待（通过轮询方式再请求）

流程：

• 应用进程向操作系统内核，发起recvfrom读取数据。
• 操作系统内核数据没有准备好，立即返回EWOULDBLOCK错误码。
• 应用程序轮询调用，继续向操作系统内核发起recvfrom读取数据。
• 操作系统内核数据准备好了，从内核缓冲区拷贝到用户空间。
• 完成调用，返回成功提示。

它依然存在性能问题，即频繁的轮询，导致频繁的系统调用，同样会消耗大量的CPU资源。可以考虑IO复用模型，去解决这个问题。

多路复用IO模型

复习下，什么是文件描述符fd(File Descriptor),它是计算机科学中的一个术语，形式上是一个非负整数。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。

IO复用模型核心思路：系统给我们提供一类函数（如我们耳濡目染的select、poll、epoll函数），它们可以同时监控多个fd的操作，任何一个返回内核数据就绪，应用进程再发起recvfrom系统调用。

IO多路复用之select

应用进程通过调用select函数，可以同时监控多个fd，在select函数监控的fd中，只要有任何一个数据状态准备就绪了，select函数就会返回可读状态，这时应用进程再发起recvfrom请求去读取数据。

非阻塞IO模型（NIO）中，需要N（N>=1）次轮询系统调用，然而借助select的IO多路复用模型，只需要发起一次系统调用就够了,大大优化了性能。

但是呢，select有几个缺点：

• 监听的IO最大连接数有限，在Linux系统上一般为1024。
• select函数返回后，是通过遍历fdset，找到就绪的描述符fd。（仅知道有I/O事件发生，却不知是哪几个流，所以遍历所有流）

因为存在连接数限制，所以后来又提出了poll。与select相比，poll解决了连接数限制问题。但是呢，select和poll一样，还是需要通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。如果同时连接的大量客户端在一时刻可能只有极少处于就绪状态，伴随着监视的描述符数量的增长，效率也会线性下降。

因此经典的多路复用模型epoll诞生。

 

IO多路复用之epoll

为了解决select/poll存在的问题，多路复用模型epoll诞生，它采用事件驱动来实现，流程图如下：

 

epoll先通过epoll_ctl()来注册一个fd（文件描述符），一旦基于某个fd就绪时，内核会采用回调机制，迅速激活这个fd，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。这里去掉了遍历文件描述符的坑爹操作，而是采用监听事件回调的的机制。这就是epoll的亮点。

我们一起来总结一下select、poll、epoll的区别

 

epoll明显优化了IO的执行效率，但在进程调用epoll_wait()时，仍然可能被阻塞的。能不能酱紫：不用我老是去问你数据是否准备就绪，等我发出请求后，你数据准备好了通知我就行了，这就诞生了信号驱动IO模型。

信号驱动模型

信号驱动IO不再用主动询问的方式去确认数据是否就绪，而是向内核发送一个信号（调用sigaction的时候建立一个SIGIO的信号），然后应用用户进程可以去做别的事，不用阻塞。当内核数据准备好后，再通过SIGIO信号通知应用进程，数据准备好后的可读状态。应用用户进程收到信号之后，立即调用recvfrom，去读取数据。

 信号驱动IO模型，在应用进程发出信号后，是立即返回的，不会阻塞进程。它已经有异步操作的感觉了。但是你细看上面的流程图，发现数据复制到应用缓冲的时候，应用进程还是阻塞的。回过头来看下，不管是BIO，还是NIO，还是信号驱动，在数据从内核复制到应用缓冲的时候，都是阻塞的。还有没有优化方案呢？AIO（真正的异步IO）！

异步IO(AIO)

前面讲的BIO，NIO和信号驱动，在数据从内核复制到应用缓冲的时候，都是阻塞的，因此都不是真正的异步。AIO实现了IO全流程的非阻塞，就是应用进程发出系统调用后，是立即返回的，但是立即返回的不是处理结果，而是表示提交成功类似的意思。等内核数据准备好，将数据拷贝到用户进程缓冲区，发送信号通知用户进程IO操作执行完毕。

流程如下：

异步IO的优化思路很简单，只需要向内核发送一次请求，就可以完成数据状态询问和数据拷贝的所有操作，并且不用阻塞等待结果。日常开发中，有类似的业务场景：

比如发起一笔批量转账，但是转账处理比较耗时，这时候后端可以先告知前端转账提交成功，等到结果处理完，再通知前端结果即可。

参考链接：看一遍就理解：IO模型详解 - 掘金

Java IO

按照流的流向分，可以分为输入流和输出流；

按照操作单元划分，可以划分为字节流和字符流；

Java中的流分为两种，一种是字节流，另一种是字符流，分别由四个抽象类来表示（每种流包括输入和输出两种所以一共四个）:InputStream，OutputStream，Reader，Writer。

Java中其他多种多样变化的流均是由它们派生出来的.

字符流和字节流是根据处理数据的不同来区分的。字节流按照8位传输，字节流是最基本的，所有文件的储存是都是字节（byte）的储存，在磁盘上保留的并不是文件的字符而是先把字符编码成字节，再储存这些字节到磁盘。

BIO、NIO、AIO区别

BIO【同步阻塞IO blocking IO】、  ServerSocket

NIO【同步非阻塞IO Non BlockingIO】、多路复用IO   ServerSocketChannel

AIO [异步Asynchronous IO]   AsynchronousServerSocketChannel

原文链接：https://blog.csdn.net/zhcswlp0625/article/details/93461137

原文链接：https://blog.csdn.net/hequnwang10/article/details/124626326

适用场景分析

BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解；

NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持；

AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持；

原文链接：

Java中IO流分为几种？BIO,NIO,AIO 有什么区别？_java 中 io 流分为几种?bio,nio,aio 有什么区别_hequnwang10的博客-CSDN博客

java.io包基于流模型实现，提供File抽象、输入输出流等IO的功能。交互方式是同步、阻塞的方式，在读取输入流或者写入输出流时，在读、写动作完成之前，线程会一直阻塞。java.io包的好处是代码比较简单、直观，缺点则是IO效率和扩展性存在局限性，容易成为应用性能的瓶颈。

java.net包下提供的部分网络API，比如Socket、ServerSocket、HttpURLConnection

也可以被归类到同步阻塞IO类库，因为网络通信同样是IO行为

java 1.4中引入了NIO框架(java.nio 包)，提供了Channel、Selector、Buffer等新的抽象，可以构建多路复用IO程序，同时提供更接近操作系统底层的高性能数据操作方式.

在Java7中，NIO有了进一步的改进，也就是NIO2，引入了异步非阻塞IO方式，也被称为AIO(Asynchronous IO)，异步IO操作基于事件和回调机制。

zero 拷贝

在传统的数据 IO 模式中，读取一个磁盘文件，并发送到远程端的服务，就共有四次用户空间与内核空间的上下文切换，四次数据复制，包括两次 CPU 数据复制，两次 DMA 数据复制。

解放CPU，这也就是零拷贝Zero-Copy技术。数据应该可以直接从内核缓冲区直接送入Socket缓冲区。

解决思路：零拷贝技术的几个实现手段包括：mmap+write、sendfile、sendfile+DMA收集、splice等。

在Java NIO包中提供了零拷贝机制对应的API

（1）mmap + write 的零拷贝方式：

        FileChannel 的 map() 方法产生的 MappedByteBuffer：FileChannel 提供了 map() 方法

（2）sendfile 的零拷贝方式：

        FileChannel 的 transferTo、transferFrom 如果操作系统底层支持的话，transferTo、transferFrom也会使用 sendfile 零拷贝技术来实现数据的传输。

FileChannel的实现类并不在JDK本身，而位于sun.nio.ch.FileChannelImpl类中，零拷贝的具体实现自然也都是native方法，看源码。

零拷贝机制的应用

零拷贝在很多框架中得到了广泛应用，一般都以Netty为例来分析。但作为大数据工程师，

Kafka 的索引文件使用的是 mmap + write 方式，数据文件使用的是 sendfile 方式

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）：DMA 本质上是一块主板上独立的芯片，允许外设设备直接与内存存储器进行数据传输，并且不需要CPU参与的技术

扩展

问题一万个元素，普通链表无序 寻找x元素？

左边小右边大，数据结构要有序 

遍历、2分查找 O(n)对有序链表建索引，链表加多级索引的结构 就是 跳表，(以空间换时间)

跳跃表

查询/增加/删除O（logN），每一层的节点数为下一层的一半，处理方法抛硬币法。

分治【分而治之，减而治之】有路由、索引、映射

跳表的原理与实现 [图解]_Monkey Ji的博客-CSDN博客

redis和memcached区别

 

3高 高性能[不浪费就是高性能]、高可靠、高并发