IO多路复用p1

听了小刘讲源码的小刘老师视频整理，侵删~

BIO

BIO是什么，有什么缺点？

accept和socket读写都会阻塞线程，所以需要开多线程进行C/S交互，这样很难做到C10K。

BIO的B是blocking（阻塞），服务端开发，使用SeverSocket()绑定完端口，使用listen监听，等待accept()，accept会阻塞主线程。收到accept，程序就会收到一个客户端与当前服务端链接的socket，可针对该socket中进行读写。但是socket读写都会阻塞当前的线程，可以采用多线程的方法进行C/S交互，但这样很难做到C10K。
要1W个客户端链接服务端，那么1W个线程也难以支持，包括上下文切换，没办法执行。

NIO

NIO如何解决多客户端问题？

NIO包给我们提供一套非阻塞的接口，这样我们就不需要为每一个C/S长连接保留单独的处理线程，阻塞IO之所以要给每一个长连接保留一个线程，是因为它阻塞。NIO API具备非阻塞特性，就可以用一个线程去检测n个socket。NIO包提供了一个选择器selector，把需要检查的socket注册到selector中，主线程阻塞在selector#select方法里，当选择器发现某个socket就绪了，就会唤醒主线程，就可以通过selector获得就绪状态的socket并进行相对应的处理。

多路复用

select函数实现原理？

每次调用kernel里的select函数，都会涉及到用户态和内核态的切换，还需要传递需要检查的socket集合，也就是需要检查的（文件描述符ID）fd——Linux系统下一切皆文件，fd就是文件系统中socket生成的对应文件描述符。select函数被调用后，首先按照fd集合去检查内存中的socket状态，复杂度O(N)，如果有就绪状态的socket就直接返回，不会阻塞当前调用的线程，否则就说明没有就绪状态的socket，那么阻塞当前线程，直到有就绪状态的socket。

select函数监听socket数量限制？

默认最大1024，实际小于1024。因为fd_set的结构是bitmap位图结构，默认长度是1024。另外一点可能是处于性能的考虑，因为select在检查到就绪状态socket后做了两件事，一标记当前的socket就绪，第二会返回select函数，唤醒Java线程，在Java层面，收到一个int值，表示有几个socket处于就绪状态。接着又是一个O（N）检查fd—set集合中有哪几个是就绪的。涉及到用户态和内核态的来回切换。

socket会一直占用cpu轮询检查吗？

补充（select第一次未发现就绪状态的socket，过段时间又反馈了就绪socket的状态，socket会一直占用cpu轮询检查吗？）

操作系统调度：单核CPU在同一时刻只能运行一个进程，操作系统最主要的功能就是系统调度，就是有N个进程，让N个进程在CPU上切换进行。未挂起的进程都在工作队列内，都有机会获得CPU的执行权，挂起的进程会从工作队列内移除，反应到Java层面就是线程阻塞了。Linux系统下的线程其实就是轻量级的进程。

操作系统中断：键盘打字，按下一个键之后会发生电流信号，主板感应到之后，就会触发CPU中断，所谓中断就是让正在执行的进程保留进程上下文，避让出CPU给中断让道。中断就会拿到CPU执行权，执行响应的程序。

select函数第一遍轮询没有发现就绪状态的socket，就会把当前进程保留给需要检查的socket等待队列中。socket有三大核心，读缓存、写缓存和等待队列，select函数会把当前进程保留到每个需要检查的socket等待队列之后，会把当前进程从工作队列移出。移出其实就是挂起当前进程，select函数也不会再运行。下一个阶段，客户端发送数据到服务端，数据通过网线到网卡，网卡到DMA硬件的方式将数据直接写在内存中，整个过程CPU不参与。当数据传输完之后，就会触发网络数据传输完毕的中断程序，中断程序会顶掉CPU当前执行的进程。
根据内存中的数据包，分析出数据包是哪个socket的数据，TCP/IP协议保证传输时候有端口号，所以数据包是有端口号的。根据端口号找到socket实例，将数据导入读缓存里，导入完成后就检查socket等待队列是不是有等待者，如果有就把等待者移入工作队列中，中断执行到这里就完成了。进程又在一起进入工作队列，获取到CPU时间片。当前进程再执行select函数，发现有socket准备就绪，就会标记当前就绪文件描述符fd，select函数执行完毕，返回Java层面。就会涉及内核态和用户态的转换。之后轮询检查fd是否被标记，处理被标记的socket。

poll与select的区别？

二者最大的不一样就是传参。select使用的bitmap，表示需要检查的socket集合，而poll使用数组结构，数组没有1024这个限制，可以监听多个线程。

epoll的产生背景？

select和poll的缺陷：
1.每次调用都需要提供所有需要监听的socket文件描述符集合，线程死循环调用select&poll函数，涉及到用户空间到内核空间的数据拷贝过程，虽然监听的socket集合数据变化非常小，但是该函数就较耗费性能，每次调用都进行数据拷贝。
2.返回值都是int型，需要再次循环检查哪个socket是就绪状态的。