网络编程常见名词介绍

这篇文章总结了网络编程常见名词汇总，是博主自己的理解，如果和你的有出入，一切以你为准，博主欢迎交流。

BIO、NIO、AIO

这三个名词是网络编程中编程方式对名词，代表的是不同网络编程思想。

BIO 是阻塞 IO，也就是在内核读取数据阻塞用户线程，用户线程从内核态拷贝数据也会阻塞线程。对于这种编程方式，相当于所有读写操作都做了串行化。

NIO 是非阻塞 IO，当执行 IO 函数时用户线程不必等待内核态加载数据。

AIO 时异步 IO，用户态程序执行 IO 函数，当用户接收到读写完成的通知，它就可以用数据来，注意此时没有内核态到用户态的数据拷贝。

内核态/用户态

为了保护操作系统执行程序时的安全性，操作系统执行环境分为用户态和内核态。

所有系统级别的操作都是在内核态执行的。常见的系统级别的操作有：线程上下文切换、IO、虚拟内存管理等。

Unix IO

大名顶顶 Unix 或类 Unix 操作系统内核实现的 IO 函数。分为五类：

• 阻塞 IO
• 非阻塞 IO
• 多路 IO 复用
• 信号驱动 IO
• 异步 IO

要理解 Unix IO 就要先知道 IO 的加载拷贝过程。大致可分为加载阶段、拷贝阶段。

已读取磁盘上的一个文件为例，假如读取 A 文件，第一个阶段，操作系统接收到读取信号，然后加载磁盘上的 A 文件，加载完毕到第二个阶段，用户线程从内核态拷贝 A 文件，读取完毕算完成了一次 IO。

在说 Unix IO 时经常也听到同步阻塞、同步非阻塞…，那么其中的“同步”、“阻塞”、“非阻塞”是什么意思？

阻塞、非阻塞指的是在调用读取函数时，用户线程是否等待用户内核加载完毕数据，这个时间节点在加载完毕，从加载到这个时间点，如果用户线程等待就是“阻塞”，反之就是“非阻塞”。

同步、非同步指的是在内核加载完毕数据，用户线程从内核拷贝数据这个期间是否等待，等待就是“同步”，不等待就是“非同步”。不过，从内核态拷贝数据是内存间的数据拷贝，是非常快的，能达到磁盘读取的几百倍，时间几乎可以忽略。

到现在，当提到“同步非阻塞 IO”时，应改理解它节省了当前线程等待内核加载文件的时间，然而从内核拷贝文件仍然需要当前线程进行。

多路复用

多路复用指的是三个网络 IO 函数：select、poll、epoll。

多路复用理解是节省了用户线程等待内核准备数据的阶段，在网络 IO 中是等待读信号、写信号。

三者的区别：

select、poll 比较相似，都是通过一个 O(n)的遍历操作获取关系的文件描述符（fd，整型值，用于标识文件），不同的是，select 有文件描述符数量的限制，为 1024，超出就会报错，poll 则取消了这个限制。

epoll，于 Linux 2.5.44 首度登场，它设计目的旨在取代既有POSIX select与poll系统函数，让需要大量操作文件描述符的程序得以发挥更优异的性能（举例来说：旧有的系统函数所花费的时间复杂度为 O(n)，epoll的时间复杂度 O(log n)）。epoll 实现的功能与 poll 类似，都是监听多个文件描述符上的事件。

epoll 水平触发和边缘触发，当检测 epoll 文件描述符时，有读或写事件就绪通知，水平触发时，会通知多次直到用户处理了事件，而边缘触发则仅通知一次。

参考：Epoll

零拷贝

网络 IO 中，除了内核态加载数据的时间开销，还有内核态到用户态间数据拷贝开销，另外用户线程读取内核态数据还伴有上下文切换到开销。为了优化这块的性能，人们想出了在内核态直接发送接收数据，这样用户态就不必拷贝数据了，节省了拷贝开销。Linux 中 sendfile 函数就是零拷贝操作。

内存映射

内存映射（Memory Map），是另一种解决从内核态向用户态拷贝数据开销的方法，从名字可以看出它是一种映射技术，是利用一块用户态的非堆内存与内核态加载好的数据映射，实现直接读取数据，避免了拷贝开销。

直接内存

这是独属于 Java 中的名词。在 JVM 中，直接内存属于非堆内存，非堆内存是 Java 程序不可见的内存，但很巧妙地通过 JVM 进行了管理，Java 中是通过“虚引用”类进行控制的。

直接内存相较于堆内存效率提升在了哪里呢？我们都知道，JVM 像一个沙盒，隔离了 Java 程序与操作系统，也就是说当 JVM 加载完数据此时对 Java 程序还不可见，只有再次拷贝到 Java 堆中才可见，这样一来，加载文件的数据就成了：操作系统内核加载磁盘文件->拷贝到用户态（JVM 可见）->拷贝到 Java 堆中（Java 可见），此时我们发现已经到用户态的数据被多拷贝了一次，为了避免这一次拷贝，Java 引入了直接内存来使用 JVM 可见的这块内存。