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支撐Java NIO與NodeJS的底層技術(shù)

更新時(shí)間：2016年09月15日 17:12:30 作者：SolidMango

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了支撐Java NIO與NodeJS的底層技術(shù),具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

支撐Java NIO 與 NodeJS的底層技術(shù)

眾所周知在近幾個(gè)版本的Java中增加了一些對(duì)Java NIO、NIO2的支持，與此同時(shí)NodeJS技術(shù)棧中最為人稱道的優(yōu)勢(shì)之一就是其高性能IO，那么我們今天要討論的話題就是支撐這些技術(shù)的底層技術(shù)。

開始之前先要提出的一個(gè)問題是：

為什么NodeJS和Java NIO2沒有在更早的時(shí)間出現(xiàn)？

答案：個(gè)人認(rèn)為是底層的支撐技術(shù)還不成熟。

那么，底層技術(shù)指的是什么呢？對(duì)的，我想很多人已經(jīng)猜到，是操作系統(tǒng)技術(shù)。本文提出的兩個(gè)概念Java NIO2和NodeJS無一例外都是用戶態(tài)技術(shù)或者說是應(yīng)用層技術(shù)，而這些應(yīng)用層技術(shù)是運(yùn)行于OS之上的，與此同時(shí)隨著操作系統(tǒng)的進(jìn)步，可以支撐的編程模型也更加的豐富?？梢赃@么說，這兩項(xiàng)技術(shù)完全是為了應(yīng)用操作系統(tǒng)進(jìn)步帶來的紅利而進(jìn)化出來的技術(shù)。一般來說最先享受這種紅利的技術(shù)一定是C\C++，因?yàn)镺S的進(jìn)步最新提供的大部分是系統(tǒng)調(diào)用，而C\C++是最方便應(yīng)用這些系統(tǒng)調(diào)用的，但是同時(shí)也是最復(fù)雜的。其他平臺(tái)為了也獲得同樣的性能，就必須不斷的進(jìn)化，封裝，使用戶可以用上這些紅利，一旦那個(gè)平臺(tái)停滯更新，也就是這個(gè)平臺(tái)沒落的時(shí)候了。對(duì)用戶來說封裝的越方便，對(duì)用戶來說就越是友好，可能使用的人就越多。雖然很多人可以很快的寫出基于這些平臺(tái)的代碼，但是往往不得其精髓，因?yàn)楸举|(zhì)上還是不理解這些技術(shù)的動(dòng)機(jī)和原理。下面我們討論的這些技就是這兩項(xiàng)技術(shù)相關(guān)的底層技術(shù)。

不管哪一種OS設(shè)計(jì)中，下面5種IO模型都是必不可少的。

1. blocking I/O
2. nonblocking I/O
3. I/O multiplexing (select, poll and epoll)
4. signal driven I/O (SIGIO)
5. asynchronous I/O (the POSIX aio_ functions)

1. blocking I/O

如圖所示，這種IO模型的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，也是OS最早支持的IO模型之一，缺點(diǎn)是系統(tǒng)調(diào)用阻塞用戶動(dòng)態(tài)線程執(zhí)行，從而造成CPU時(shí)間浪費(fèi)，IO效率低。

2. nonblocking I/O

如圖所示，這種IO模型的一個(gè)改進(jìn)是IO是非阻塞了，但是需要長(zhǎng)輪詢，同樣浪費(fèi)CPU時(shí)鐘周期。

3. I/O multiplexing (select, poll and epoll)

如圖所示，這種IO模型是當(dāng)今OS提供的最穩(wěn)定的IO模型，大部分主流的應(yīng)用都是基于此種IO模型構(gòu)建的，比如NodeJS，但是這些平臺(tái)往往在這種模型之上增加一層封裝來直接支持AIO。

4. signal driven I/O (SIGIO)

如圖所示，資料記載這種IO模型由于對(duì)比模型3沒有性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于系統(tǒng)支持不穩(wěn)定，很少為設(shè)計(jì)者采用。

5. asynchronous I/O (the POSIX aio_ functions)

如圖所示，此種IO模型是最完美的AIO，編程模型也最簡(jiǎn)單，但是能夠完美支持者個(gè)模型的OS很少，網(wǎng)上資料顯示Linux正在做這方面的努力，一旦OS在這個(gè)方面上取得進(jìn)展，編程框架，平臺(tái)，編程模型可能還是需要有很大程度的簡(jiǎn)化。

雖然這種模型很少有OS的支持，但是并不是說現(xiàn)在就沒有這種AIO模型，很多框架做了這方面的工作，在用戶態(tài)模擬了AIO，使用戶可以更多的關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯代碼。

6. 同步異步，阻塞和非阻塞

同步和異步是針對(duì)應(yīng)用程序和內(nèi)核的交互而言的。一直等到數(shù)據(jù)讀完再返回的是同步，直接返回的是異步。阻塞和非阻塞是對(duì)進(jìn)程、線程而言的，阻塞方式下讀取或者寫入線程一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入線程立即返回一個(gè)狀態(tài)值。