非阻塞IO模式原理

与阻塞模式对应的另一种模式叫非阻塞IO模式，在整个通信过程中读和写操作不会阻塞，当前处理线程不存在阻塞情况。从A机器到B机器它的通信过程是：A机器一条线程将通道设置为写事件后往下执行，而另外一条线程遍历到此通道有字节要写并往socket写数据，B机器一条线程遍历到此通道有字节要读，交给另外一条线程对socket读数据，处理完又把通道设置为写事件，遍历线程遍历到此通道有字节要写，又往socket写数据传往A机器，不断往下循环此操作直到完成通信。这个过程每台机器都有两类主要线程，一类是负责逻辑处理且将通道改为可写或可读事件的线程，另外一类是专门用于遍历通道并负责socket读写的线程，这种方式就是非阻塞IO模式。

在阻塞IO模式中，存在一个服务端套接字ServerSocket用于接收客户端连进来的Socket，而不管是阻塞还是非阻塞IO最终都需要获取socket才能进行读写操作，与阻塞模式对应，非阻塞模式用于接收客户端socket的对象是ServerSocketChannel，另外，阻塞模式直接使用Socket对象进行读写操作，而非阻塞模式则使用SocketChannel对象进行读写操作，但SocketChannel本质上最终也是通过Socket读取与写入，只是读取或写入时引入了缓冲区概念。最后，还有一个很重要的对象是选择器Selector，它提供对所有channel各种感兴趣事件的筛选功能，即哪些通道需要怎样的处理通过它选择出来的。

往下说说非阻塞模式实现的原理，如下图，ServerSocketChannel调用open()方法初始化封装在里面的socket服务并将ServerSocketChannel以OP_ACCEPT事件注册到Selector中，而操作系统则创建socket底层数据结构并监听客户端socket连接，对于客户端连接操作系统会统一放到一个队列中进行维护。接着是很重要的应用层轮询操作，不断执行Selector检索出感兴趣的事件，假如刚好有三个客户端socket连进来，Selector选择出三个OP_ACCEPT事件，调用ServerSocketChannel.accept()接收三个客户端通道SocketChannel对象，再将这三个客户端通道以OP_READ、OP_WRITE注册到Selector中以便后面进行读写操作，往下如果Selector遍历出OP_READ或OP_WRITE事件则可以对对应的channel进行读写操作了。

Selector在其中扮演最重要的角色，看看它是如何完成感兴趣的事件的筛选的。如上图，中间Selector便是它的大体结构，维护了registeredKeys、selectedKeys、cancelledKeys三个集合，还有一张channel与Key对应关系的表，而Key则包含了感兴趣事件集interestOps和已准备好的事件集readyOps。其中registeredKeys存放注册到Selector的所有key，而selectedKeys即是被选中的key，它是检测到registeredKeys中key感兴趣的事件发生后存放key的地方，cancelledKeys则是已经调用了cancel()方法待反注册的key。当应用层中Selector不断调用select()方法时，会先根据cancelledKeys去删除registeredKeys和selectedKeys对应的key以至取消对应的key，然后间接调用操作系统去做操作系统级别的select，一旦有registeredKeys感兴趣的事件则将对应事件的key添加到selectedKeys中，如selectedKeys已存在key了则将事件添加到key中的已准备好的事件集readyOps中。经过此番操作，当应用层调用Selector的selectedKeys()则取到被选中的key集，进而可以获取到感兴趣事件对应的channel，根据事件对channel进行操作。

理解了非阻塞IO模式的原理有助于在实际场景中对网络IO的模式选型，一般在同时需要处理多个连接的高并发场景中会使用非阻塞NIO模式，它通过一个或少量线程去维护连接，而把具体的读写和逻辑处理交由其他线程处理，大大提高了机器的使用率，压榨机器CPU。而如果使用阻塞IO模式则可能线程都阻塞在IO而导致机器使用率较低。

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