Netty面试精华：BIO/NIO/AIO深度解析与NIO组件详解
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更新于2024-08-05
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Netty面试专题深入解析
Netty是一个高性能的网络通信框架，特别适合于构建高性能的服务器和客户端应用，如WebSocket、游戏服务器等。面试中关于Netty的提问通常会涉及其核心概念和技术细节。以下是关于Netty面试中常见的问题和知识点：
1. BIO（阻塞I/O）、NIO（非阻塞I/O）和AIO（异步I/O）的区别：
- BIO：最基本的I/O模型，每个连接占用一个独立的线程，当有新连接时，服务器必须创建新线程处理，导致线程资源消耗大，效率较低。
- NIO：引入了多路复用器，一个线程可以同时处理多个连接，只有当有I/O操作可用时才会唤醒，显著降低了线程开销。它是阻塞的，但在数据传输层面是基于缓冲区而非流。
- AIO：采用操作系统级别的异步IO，I/O操作完成后由内核通知应用，进一步节省了线程资源。AIO强调事件驱动和零拷贝技术，提高了性能和吞吐量。
2. NIO的组成部分：
- Buffer：核心数据结构，负责数据的暂存和转换。它支持多种类型，如HeapBuffer（由JVM管理，适用于小数据）和DirectByteBuffer（减少内存拷贝，用于性能敏感场景）。Buffer提供flip、clear和rewind方法，用于数据的读写模式切换、清空和重置。
- Channel：NIO的核心接口，代表网络连接，双向且不直接存储数据。Channel处理连接的建立、维护和关闭，以及数据的传输。Reactor模式在Netty中扮演关键角色，通过事件分发器，事件处理器在合适的时机执行读写操作，实现异步IO。
在Netty的设计中，事件驱动和非阻塞I/O模型是其核心优势，它们使得Netty能够高效地处理大量并发连接，提高了系统的并发能力和响应速度。面试者可能会被问到如何使用Selector、Pipeline、ChannelHandler等组件，以及如何实现高效的连接管理和错误处理等问题。此外，面试者可能还会询问关于Netty与其他网络库（如Java自带的Socket API、Apache MINA等）的比较，以及如何利用Netty构建高并发、高性能的网络服务架构。
1.BIO、NIO 和 AIO 的区别？
BIO：一个连接一个线程，客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理。线
程开销大。
伪异步 IO：将请求连接放入线程池，一对多，但线程还是很宝贵的资源。
NIO：一个请求一个线程，但客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用
器轮询到连接有 I/O 请求时才启动一个线程进行处理。
AIO：一个有效请求一个线程，客户端的 I/O 请求都是由 OS 先完成了再通知服务器应用去
启动线程进行处理，
BIO 是面向流的，NIO 是面向缓冲区的；BIO 的各种流是阻塞的。而 NIO 是非阻塞的；BIO
的 Stream 是单向的，而 NIO 的 channel 是双向的。
NIO 的特点：事件驱动模型、单线程处理多任务、非阻塞 I/O，I/O 读写不再阻塞，而是返
回 0、基于 block 的传输比基于流的传输更高效、更高级的 IO 函数 zero-copy、IO 多路复用
大大提高了 Java 网络应用的可伸缩性和实用性。基于 Reactor 线程模型。
在 Reactor 模式中，事件分发器等待某个事件或者可应用或个操作的状态发生，事件分发
器就把这个事件传给事先注册的事件处理函数或者回调函数，由后者来做实际的读写操
作。如在 Reactor 中实现读：注册读就绪事件和相应的事件处理器、事件分发器等待事
件、事件到来，激活分发器，分发器调用事件对应的处理器、事件处理器完成实际的读操
作，处理读到的数据，注册新的事件，然后返还控制权。
2.NIO 的组成？
Buffer：与 Channel 进行交互，数据是从 Channel 读入缓冲区，从缓冲区写入 Channel 中的
flip 方法 ： 反转此缓冲区，将 position 给 limit，然后将 position 置为 0，其实就是切换读
写模式
clear 方法 ：清除此缓冲区，将 position 置为 0，把 capacity 的值给 limit。
rewind 方法 ： 重绕此缓冲区，将 position 置为 0
DirectByteBuffer 可减少一次系统空间到用户空间的拷贝。但 Buffer 创建和销毁的成本更
高，不可控，通常会用内存池来提高性能。直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的本
机 I/O 操作影响的大型、持久的缓冲区。如果数据量比较小的中小应用情况下，可以考虑
使用 heapBuffer，由 JVM 进行管理。
Channel：表示 IO 源与目标打开的连接，是双向的，但不能直接访问数据，只能与 Buffer
进行交互。通过源码可知，FileChannel 的 read 方法和 write 方法都导致数据复制了两次！
Selector 可使一个单独的线程管理多个 Channel，open 方法可创建 Selector，register 方法向
多路复用器器注册通道，可以监听的事件类型：读、写、连接、accept。注册事件后会产
生一个 SelectionKey：它表示 SelectableChannel 和 Selector 之间的注册关系，wakeup 方
法：使尚未返回的第一个选择操作立即返回，唤醒的原因是：注册了新的 channel 或者事
件；channel 关闭，取消注册；优先级更高的事件触发（如定时器事件），希望及时处理。
Selector 在 Linux 的实现类是 EPollSelectorImpl，委托给 EPollArrayWrapper 实现，其中三个
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