浅谈NIO和Epoll的实现原理_nio epoll-优快云博客

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本文深入探讨了NIO（非阻塞IO）的工作原理，对比BIO（阻塞IO），并详细讲解了Epoll在Linux系统下如何实现高效的多路复用，通过Java NIO API与操作系统底层交互，实现单线程处理并发连接，极大提升网络应用性能。

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什么是NIO

NIO又叫New/Non-blocking IO，这个概念基本人人都听过，但是不一定每个人都懂他它的运行的原理。

这里我们来探讨这个问题，先用一个例子解释一下BIO到底阻塞了哪里。


/**
 * 这是一个单线程BIOServer
 * @author endless
 * @create 2020-03-23
 */
public class BioServerDemo {
   

  public static void main(String[] args) throws IOException {
   
	// 创建ServerSocket，并绑定端口
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
    System.out.println("服务启动成功");
    while (true) {
   
      Socket socket = serverSocket.accept();
      System.out.println("连接成功");
      System.out.println("准备接收数据");
      byte[] bytes = new byte[1024];
      socket.getInputStream().read(bytes);
      System.out.println("接收到了数据：" + new String(bytes));
    }
  }

}


/**
 * BIO client
 *
 * @author endless
 * @create 2020-03-23
 */
public class BioClientDemo {
   

  public static void main(String[] args) throws IOException {
   
    // 连接Server
    Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);
    System.out.println("连接成功");
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    // 循环等待输入消息
    while (true) {
   
      String str = scanner.next();
      // 约定退出口令
      if ("exit".equalsIgnoreCase(str)) {
   
        socket.close();
        System.exit(0);
      }
      socket.getOutputStream().write(str.getBytes());
      socket.getOutputStream().flush();
    }
  }
}

先运行Server
在这里插入图片描述
命令行打印服务启动成功，此时并无客户端连接，所以连接成功并未打印，说明程序被阻塞在了serverSocket.accept()方法

此时运行Client，Server打印日志连接成功和准备接收数据，此时Client尚未发送数据，Server被阻塞在socket.getInputStream().read(bytes)上，因此其他客户端无法进行连接。
在这里插入图片描述
在Client输入Hello回车，此时Server打印接收到了数据：Hello，说明客户端的连接发送过来数据了，此时服务端线程才解阻塞，在这个情况下，这个Server没有办法处理并发，同时期只能处理一个连接。

那么BIO是如何实现并发呢？答案也很明显，就是使用多线程，我们对Server进行一些小改动。


/**
 * 这是一个BIOServer
 * @author endless
 * @create 2020-03-23
 */
public class BioServerDemo {
   
  public static void main(String[] args) throws IOException {
   

    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
    System.out.println("服务启动成功");
    while (true) {
   
      Socket socket = serverSocket.accept();
      new Thread(()->{
   
        System.out.println("连接成功");
        System.out.println("准备接收数据");
      	byte[] bytes = new byte[1024];
        try {
   
          socket.getInputStream().read(bytes);
        } catch (IOException e) {
   
          e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("接收到了数据：" + new String(bytes));
      }).start();
    }

  }

}

使用子线程来对接收到的Socket进行处理，这样每个连接都被阻塞在单独的线程上，就可以实现并发访问Server。

总结：BIO的阻塞有两个地方：accept()和read()，并且BIO的并发只能通过多线程。

但是这里会有一个问题，就是如果绝大部分的连接都没有进行数据传输，只是建立了连接，这样就会产生很多无效的线程，而线程又是非常宝贵的稀缺资源，这样就会白白损失很多的性能，这也是BIO最大的性能瓶颈。

那能不能只用一个线程就能实现并发并且处理全部的连接呢？是否能设计一个Api，让accept和read不再阻塞，使用一个线程就能处理并发连接呢？答案是肯定的，这里就要用到我们的今天的主角NIO了。

NIO在JDK中被封装在了一个新的类中，我们先来写一个例子，这个例子实现了使用单线程来处理多连接。


/**
 * NIO Server Demo
 *
 * @author endless
 *