理解tomcat中的BIO、NIO、AIO、ARP

tomcat作为springboot中默认的web容器，了解tomcat的运转可以帮助我们更好的去调整tomcat的参数达到更好的性能

前置知识

I/O就是Input/Output，收别人的数据到本机叫Input，本级发数据出去叫Output
网络I/O请求会先到网卡然后到内核态再到用户态
CPU比内存快、内存比硬盘、网卡等外设快
所有I/O操作需要被加载到用户态内存，用户态程序才能直接操作
想要效果高，必须让所有的资源都不闲置
tomcat不处理请求，会接受请求，转发到具体的容器中
一个socket连接代表一个客户端，一个socket可以发送多份请求不断开

scoket测试工具

启动程序是jar包，必须要有jre环境

链接：https://sockettest.sourceforge.net

tomcat中的 I/O 模型

BIO 同步阻塞IO

每一个socket连接后，tomcat都会有一个线程去全程去陪伴，把请求转发到具体的容器中后，这个线程还在阻塞，等待容器返回数据，只有socket连接断开了，才会回收这个线程。tomcat7或以下默认，比较简单、稳定，适合连接数比较少的

模拟代码如下：

public class BioServer {

    static ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

    public static void main(String[] args) {

        try {

            // 启动服务，绑定8080端口

            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();

            serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));

            System.out.println("开启服务");

            while (true){

                System.out.println("等待客户端建立连接");

                // 监听8080端口，获取客户端连接

                Socket socket = serverSocket.accept(); //阻塞

                System.out.println("建立连接："+socket);

                executorService.submit(()->{

                    //业务处理

                    try {

                        handler(socket);

                    } catch (IOException e) {

                        e.printStackTrace();

                    }

                });

            }

        } catch (IOException e) {

            e.printStackTrace();

        } finally {

            //TODO 资源回收

        }

    }

    private static void handler(Socket socket) throws IOException {

        byte[] bytes = new byte[1024];

        System.out.println("等待读取数据");

        int read = socket.getInputStream().read(bytes); // 阻塞

        if(read !=-1) {

            System.out.println("读取客户端发送的数据：" +

                    new String(bytes, 0, read));

        }

    }

}

NIO 同步非阻塞

一个socket连接过来，会经历以下步骤

LimitLatch：连接控制器，负责维护连接数计算，连接数默认是 8192，达到这个阀值后，就会拒绝连接请求。如果要调整修改配置文件server.tomcat.max-connections属性
Acceptor：Acceptor 跑在一个单独的线程里，它在一个死循环里调用 accept 方法来接收新连接，一旦有新的连接请求到来，accept 方法返回一个 Channel 对象，接着把 Channel 对象交给 Poller 去处理
Poller：Poller 的本质是一个 Selector，也跑在单独线程里。Poller 在内部维护一个 Channel 数组，它在一个死循环里不断检测 Channel 的数据就绪状态，一旦有 Channel 可读，就生成一个 SocketProcessor 任务对象扔给Executor 去处理
Executor: Executor 就是线程池，负责运行 SocketProcessor 任务类，SocketProcessor 的 run 方法会调用Http11Processor 来读取和解析请求数据。Http11Processor 是应用层协议的封装，它会调用容器获得响应，再把响应通过 Channel 写出

tomcat8及以上默认, springboot2.3.12.RELEASE内嵌tomcat是9.0.46版本默认也是这个

模拟代码：

public class NioServer {

    public static void main(String[] args)  {

        List<SocketChannel> list = new ArrayList<>();  // 缓存所有的socket

        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 缓存区的大小

        try {

            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

            // 监听8080

            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));

            // channel非阻塞

            serverSocketChannel.configureBlocking(false);

            System.out.println("NioServer 启动....");

            while (true){

                // 非阻塞

                SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

                Thread.sleep(1000);

                if(socketChannel == null){

                    System.out.println("没有新的客户端建立连接");

                }else {

                    System.out.println("新的客户端建立连接");

                    // channel非阻塞

                    socketChannel.configureBlocking(false);

                    // 将新的socket添加到 list

                    list.add(socketChannel);

                }

                //遍历所有的socket

                for(SocketChannel channel:list){

                    //非阻塞

                    int read = channel.read(byteBuffer);

                    if(read >0) {

                        //读模式

                        byteBuffer.flip();

                        System.out.println("读取客户端发送的数据：" +new String(byteBuffer.array(),0,read));

                        byteBuffer.clear();

                    }

                }

            }

        } catch (Exception e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}

AIO异步非阻塞

NIO 和 AIO（NIO2）最大的区别是，一个是同步一个是异步。异步最大的特点是，应用程序不需要自己去触发数据从内核空间到用户空间的拷贝。

没有 Poller 组件，也就是没有 Selector。在异步 I/O 模式下，Selector 的工作交给

内核来做了。

Linux 内核没有很完善地支持异步 I/O 模型，因此 JVM 并没有采用原生的 Linux 异步 I/O，而是在应用层面通过 epoll 模拟了异步 I/O 模型。因此在 Linux 平台上，Java NIO 和 Java NIO2 底层都是通过 epoll 来实现的，但是 Java NIO 更加简单高效。如果你的 Tomcat 跑在 Linux 平台上，建议不使用NIO2

模拟代码：

public class AioServer {

    public AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel;

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        new AioServer().listen();

        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);

    }

    private void listen() throws IOException {

        //1. 创建一个线程池

        ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();

        //2. 创建异步通道群组

        AsynchronousChannelGroup acg = AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(es, 1);

        //3. 创建服务端异步通道

        serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open(acg);

        //4. 绑定监听端口

        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));

        System.out.println("AioServer 启动....");

        //5. 监听连接，传入回调类处理连接请求

        serverSocketChannel.accept(this, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AioServer>() {

            //

            //            //具体处理连接请求的就是completed方法，它有两个参数：第一个是异步通道，第二个就是上面传入的AioServer对象

            @Override

            public void completed(AsynchronousSocketChannel socketChannel, AioServer attachment) {

                try {

                    if (socketChannel.isOpen()) {

                        System.out.println("接收到新的客户端的连接，地址："

                                + socketChannel.getRemoteAddress());

                        final ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

                        //调用 read 函数读取客户端发送的数据

                        socketChannel.read(byteBuffer, socketChannel,

                                        new CompletionHandler<Integer, AsynchronousSocketChannel>() {

                                            @Override

                            public void completed(Integer result, AsynchronousSocketChannel attachment) {

                                try {

                                    //读取请求，处理客户端发送的数据

                                    byteBuffer.flip();

                                    String content = Charset.defaultCharset()

                                            .newDecoder().decode(byteBuffer).toString();

                                    System.out.println("服务端接受到客户端发来的数据：" + content);

                                } catch (CharacterCodingException e) {

                                    e.printStackTrace();

                                }

                            }

                            @Override

                            public void failed(Throwable exc, AsynchronousSocketChannel attachment) {

                                exc.printStackTrace();

                                try {

                                    attachment.close();

                                } catch (IOException e) {

                                    e.printStackTrace();

                                }

                            }

                        });

                    }

                } catch (IOException e) {

                    e.printStackTrace();

                }finally {

                    //当有新的客户端接入的时候，直接调用accept的方法

                    attachment.serverSocketChannel.accept(attachment, this);

                }

            }

            @Override

            public void failed(Throwable exc, AioServer attachment) {

                exc.printStackTrace();

            }

        });

    }

}

APR异步非阻塞

APR方式全名叫Apache Portable Runtime，需要额外去下载安装配置，NIO2是调用java库去实现异步的，而ARP是直接通过JNI (Java Native Interface)去操作系统是实现异步，APR 能够使用高级 IO 功能 (如sendfile, epoll, OpenSSL)，sendfile主要是对静态文件提升很大，换APR也主要是这个原因其他的提升也不是特别大

附上对比图

springboot配置apr教程：https://www.jianshu.com/p/f716726ba340