支撐Java NIO 與 NodeJS的底層技術(shù)

眾所周知在近幾個版本的Java中增加了一些對Java NIO、NIO2的支持，與此同時NodeJS技術(shù)棧中最為人稱道的優(yōu)勢之一就是其高性能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問題是：

為什么NodeJS和Java NIO2沒有在更早的時間出現(xiàn)？

答案：個人認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)。本文提出的兩個概念Java NIO2和NodeJS無一例外都是用戶態(tài)技術(shù)或者說是應用層技術(shù)，而這些應用層技術(shù)是運行于OS之上的，與此同時隨著操作系統(tǒng)的進步，可以支撐的編程模型也更加的豐富。可以這么說，這兩項技術(shù)完全是為了應用操作系統(tǒng)進步帶來的紅利而進化出來的技術(shù)。一般來說最先享受這種紅利的技術(shù)一定是C\C++，因為OS的進步最新提供的大部分是系統(tǒng)調(diào)用，而C\C++是最方便應用這些系統(tǒng)調(diào)用的，但是同時也是最復雜的。其他平臺為了也獲得同樣的性能，就必須不斷的進化，封裝，使用戶可以用上這些紅利，一旦那個平臺停滯更新，也就是這個平臺沒落的時候了。對用戶來說封裝的越方便，對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的代碼，但是往往不得其精髓，因為本質(zhì)上還是不理解這些技術(shù)的動機和原理。下面我們討論的這些技就是這兩項技術(shù)相關(guān)的底層技術(shù)。

不管哪一種OS設計中，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)點是編程簡單，也是OS最早支持的IO模型之一，缺點是系統(tǒng)調(diào)用阻塞用戶動態(tài)線程執(zhí)行，從而造成CPU時間浪費，IO效率低。

2. nonblocking I/O

如圖所示，這種IO模型的一個改進是IO是非阻塞了，但是需要長輪詢，同樣浪費CPU時鐘周期。

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

如圖所示，這種IO模型是當今OS提供的最穩(wěn)定的IO模型，大部分主流的應用都是基于此種IO模型構(gòu)建的，比如NodeJS，但是這些平臺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模型由于對比模型3沒有性能優(yōu)勢，同時由于系統(tǒng)支持不穩(wěn)定，很少為設計者采用。

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

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

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)務邏輯代碼。

6. 同步異步，阻塞和非阻塞

同步和異步是針對應用程序和內(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。阻塞和非阻塞是對進程、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狀態(tài)值。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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