十七、IO进化过程之EVENT（EPOLL-事件驱动异步模型）

最新推荐文章于 2024-10-08 19:45:33 发布

菠萝y

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分类专栏： JavaIO JAVA 文章标签：网络 java epoll netty

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导论

前面几篇文章我们分别从

一、C10K问题经典问答
 二、java.nio.ByteBuffer用法小结
 三、Channel 通道
 四、Selector选择器
 五、Centos-Linux安装nc
六、windows环境下netcat的安装及使用
 七、IDEA的maven项目的netty包的导入（其他jar同）
八、JAVA IO/NIO
九、网络IO原理-创建ServerSocket的过程
 十、网络IO原理-彻底弄懂IO
十一、JAVA中ServerSocket调用Linux系统内核
 十二、IO进化过程之BIO
十三、Java-IO进化过程之NIO
十四、使用Selector（多路复用器）实现Netty中Reactor单线程模型
 十五、使用Selector（多路复用器）实现Netty中Reactor主从模型
 十六、Netty入门服务端代码
等几个纬度对JavaIO和NIO体系做了详细介绍，并由简到深的根据IO体系的升级过程做了系统分析。
**前文中的第十四、使用Selector（多路复用器）实现Netty中Reactor单线程模型、十五、使用Selector（多路复用器）实现Netty中Reactor主从模型文章我们已经使用Selector自己实现了Netty框架中的单线程模型、主从模型。
今天我们将要开始讲解事件驱动异步模型-Event。

解读：

**信号驱动IO模型：**在信号驱动IO模型中，当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。

全图（下面有分解图）

在这里插入图片描述

图解：

在这里插入图片描述

释义：

在这里插入图片描述

1.NIO解决了BIO模型的阻塞状态问题，SELECT（多路复用器/选择器）模型解决了NIO模型的N次系统调用问题，EVENT（EPOLL/事件驱动/信号灯）模型解决了SELECT模型中系统调用方法中主动进行N次循环的轮询问题->
①.SELECT（多路复用器/选择器）模型解决了应用层面的无数次重复系统调用及上下文切换的问题，但是他并没有真正解决掉系统调用层面的无数次重复系统调用问题，他只是把应用层的N次循环切换到了SELECT（多路复用器/选择器）中，SELECT（多路复用器/选择器）模型帮应用进行了N次循环。
②.为了解决以上问题，也为了更加高效的利用CPU，提出了EVENT模型（EPOLL/事件驱动/信号灯）
2.EVENT模型（EPOLL/事件驱动/信号灯）中，操作系统在内核中开辟了两块空间，一块空间存放所有进入ServerSocket的客户端的文件描述符集合N，一块空间存放进入ServerSocket后有数据传入的客户端的文件描述符的集合M。两块空间中，当有客户端连入服务端，客户端的文件描述符进入第一块内存空间，加入到文件描述符集合N；当客户端有数据向服务端发送时，通过网卡的80软中断作为信号和驱动事件，系统内核知道对应的客服端有数据传入，因此把有数据传入的客户端的文件描述符移动到第二块内存空间，加入到文件描述符集合M中。
3.在Linux系统中，Linux内核提供了一个epoll方法集合，该集合中包含以下几个方法：

①.epoll_create(2):
	返回一个文件描述符(fd8)，在内核中创建一个空间fd8；
②.epoll_ctl(2):
	该方法需要传入几个参数：
	1.刚才创建的文件描述符fd8,
	2.操作类型，
	3.当前ServerSocket的文件描述符fd5,
	4.当有事件驱动后调用的方法accpet。
	示例：epoll_ctl(fd8,add,fd5,accept)
	epoll_ctl的操作类型存在以下几种：
	EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_MOO、EPOLL_CTL_DEL。
③.epoll_wait(2):
	该方法需要传入两个参数：
	1.内核空间的文件描述符fd8,
	2.要驱动的事件event.
	示例：epoll_wait(fd8,event)

4.EPOLL最终的目的的尽量减少CPU做无用的循环，**当有硬中断时（必然有数据到达时）**才会停下来给把文件描述符从文件描述符N的空间移动到文件描述符M所在的空间。

IO进化过程之异步IO模型

解读：

**异步IO模型：**异步IO模型才是最理想的IO模型，在异步IO模型中，当用户线程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其他的事。而另一方面，从内核的酵素，当它受到一个asynchronous read 之后，它会立刻返回，说明read请求已经成功发起了，因此不会对用户线程产生任何Block。然后内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户线程，当这一切都完成之后，内核会给用户线程发送一个信号，告诉它read操作完成了。也就说用户线程完全不需要实际的整个IO操作是如何进行的，只需要先发起一个请求，当接受内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成，可以直接去使用数据了。
也就是说在异步IO模型中，IO操作的两个阶段都不会阻塞用户线程，这两个阶段都是由内核自动完成，然后发送一个信号告知用户线程操作已经完成。用户线程中不需要再次调用IO函数进行具体的读写。这点事和信号驱动模型有所不同的，在信号驱动模型中，当用户线程接收到信号表示数据已经就绪，然后需要用户线程调用IO函数进行实际的读写操作；而在异步IO模型中，受到信号表示IO操作已经完成，不需要再在用户线程中调用IO函数进行实际的读写操作。
注意：异步IO是需要操作系统的底层支持，在JAVA7中，提供了AsynchronousIO。