要想学习netty就先要了解：（网络编程模型：BIO、NIO、AIO）

IO

IO多路复用-LMLPHP
上图的工作模式：

开始时应用程序会发一个请求给CPU，CPU得到通知后，此时CPU就需要调用操作系统内核程序(磁盘控制器)。这就是用户态->内核态。
磁盘控制器接到通知，使用DMA拷贝技术将数据放到PageCache内核缓冲区中，再由CPU把内核缓冲区中的数据传回用户缓冲区中(buffer)。这就是内核态->用户态。

请求数据时，IO操作通常包括两个部分（使用到的IO模型如下）

等待内核缓冲区中的数据准备好
将内核缓冲区中的数据拷贝到用户缓冲区中

一、IO模型

阻塞IO：程序请求操作系统IO，如果内核缓冲区中没有准备好数据，进程则会进行等待。
非阻塞IO：程序请求操作系统IO，如果内核缓冲区中没有准备好数据，进程会继续执行，不断进行系统调用直到IO数据准备好。
同步IO：操作系统收到程序请求后，如果内核缓冲区中没有准备好数据，进程不会响应，直到数据准备好才会响应往下执行。
异步IO：操作系统收到程序请求后，如果内核缓冲区中没有准备好数据，会返回一个标记，程序继续往下执行。当数据准备好之后，会以事件的方式通知。

1.1同步IO

1、阻塞式IO（两个步骤都需要等待）

应用进程被阻塞，直到内核缓冲区中的数据复制到应用进程缓冲区中才返回。
IO多路复用-LMLPHP

2、非阻塞式IO（第一个步骤不断询问数据是否准备好`不需要等待`，第二步需要等待）

应用进程执行系统调用之后，内核返回一个错误码。应用进程可以继续执行，但是需要不断的执行系统调用来获知I/O是否完成，这种方式称为轮询。(polling)。
IO多路复用-LMLPHP

3、I/O多路复用（两个步骤都需要等待）

1、使用select或者poll等待数据，并且可以等待多个套接字中的任何一个变为可读，这一过程会被阻塞，当某一个套接字可读时返回，之后再使用recvfrom 把数据从内核复制到进程中。
2、使用select或者poll，可以让单个进程具有处理多个I/O事件的能力。
IO多路复用-LMLPHP

IO多路复用的实现（详情查看大佬：IO多路复用）

多路复用的实现：select、poll、epoll，这些函数都是系统调用函数。

select（一次select系统调用+N次就绪的客户端的read系统调用）

select工作原理：

当通过一个线程调用select，将保存客户端连接的数组拷贝一份给内核态，在内核层遍历该数组看那个客户端已经准备好数据，将准备好的客户端的个数返回给用户态，用户态需要遍历数组，找到准备好数据的客户端，然后进行read系统调用将内核缓冲区中的数据拷贝到用户缓冲区中。

select存在的问题：

select 调用需要传入保存客户端连接的数组，需要拷贝一份到内核，高并发场景下这样的拷贝消耗的资源是惊人的。（可优化为不复制）
select 在内核层仍然是通过遍历的方式检查客户端的就绪状态，是个同步过程，只不过无系统调用切换上下文的开销，只在内核态遍历。（内核层可优化为异步事件通知）
select 仅仅返回就绪的客户端的个数，具体哪个可读还是要用户自己遍历。（可优化为只返回给用户就绪的客户端标识，无需用户做无效的遍历）

poll

它和select 的主要区别就是，去掉了select只能监听1024个客户端的限制。

epoll

epoll对select和poll进行了优化：

只在内核中存储保存客户端连接的数组，无需用户每次都重新传入，只需告诉内核修改的部分即可。
内核不再通过轮询的方式找到就绪的客户端，而是通过异步IO事件通知用户态已经就绪的客户端。
内核仅会将有IO事件的客户端标识返回给用户，用户也无需遍历整个文件描述符集合。

4、信号驱动IO（第一步不会等待，第二步会等待）

1、应用进程使用sigaction系统调用，内核立即返回，应用进程可以继续执行，也就是说等待数据阶段应用进程是非阻塞的。
2、内核在数据到达时向应用进程发送SIGIO信号，应用进程收到之后在信号处理程序中调用 recvfrom 将数据从内核复制到应用进程中。
IO多路复用-LMLPHP

1.2异步IO（两个步骤都不需要等待）

进行aio_read系统调用会立即返回，应用进程继续执行，不会被阻塞，内核会在所有操作完成之后向应用进程发送信号。
IO多路复用-LMLPHP

二、IO的发展

IO多路复用-LMLPHP

2.1 BIO、NIO、AIO的区别

Java BIO：同步并阻塞，服务器采用线程池为一个客户端连接创建一个线程，即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，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销。

连接数目比较小且固定的架构，对服务器资源要求比较高

Java NIO：同步非阻塞（IO多路复用），服务器实现模式为一个线程处理多个请求（连接），即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 请求就进行处理。

连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构：聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯

Java AIO(NIO.2)：异步非阻塞，AIO 引入异步通道的概念，采用了 Rector/Proactor 模式，当用户态访问内核会立即返回一个标记，由内核会在所有操作完成之后向应用进程发送信号，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

连接数目多且连接比较长（重操作）的架构：相册服务器

2.2 NIO的三个核心部分

BIO 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据，块 I/O 的效率比流 I/O 高很多。
BIO 是阻塞的，NIO 则是非阻塞的。
BIO 基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel（通道）和 Buffer（缓冲区）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector（选择器）用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。Buffer和Channel之间的数据流向是双向的。

channel

通道可以同时进行读写，而流只能读或者只能写
通道可以实现异步读写数据
通道可以从缓冲读数据，也可以写数据到缓冲

channel类

FileChannel：用于文件的数据读写
DatagramChannel：用于 UDP 的数据读写
SocketChannel：用于 TCP 的数据读写
ServerSocketChannel：用于UDP和TCP数据的读写

channel类中几个重要的方法

public int read(ByteBuffer dst)：从通道读取数据并放到缓冲区中（用于读取文件中的数据）
public int write(ByteBuffer src)：把缓冲区的数据写到通道中（用于把数据写到文件中）
public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)：从目标通道中复制数据到当前通道
public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)：把数据从当前通道复制给目标通道

buffer

缓冲区（Buffer）：缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个容器对象（含数组），该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。对文件的读取或写入都必须经由Buffer。

buffer的子类
IO多路复用-LMLPHP

Buffer缓冲区有两种工作模式

写模式：当通道中的数据读取到buffer中时，buffer为写模式
读模式：当把buffer中的数据写入到通道时，buffer为读模式

buffer缓冲区中的四大属性
需要使用buffer.flip反转读模式和写模式
写模式
IO多路复用-LMLPHP

读模式
IO多路复用-LMLPHP

position: 缓存区分配下一个要被读或写的元素的索引，每次读写缓冲区改值会自动加1
limit: 缓存区最大可以进行操作的index位置。缓存区的读写状态正式由这个属性控制的，可以改变值。
capacity: 缓存区的最大容量。这个容量是在缓存区创建时进行指定的。不可以改变值。
mark：在当前缓冲区进行position时设置一个标记mark1，当执行buffer的reset方法时，可以把position复位到mark1

selector

1、Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生（注意：多个Channel 以事件的方式可以注册到同一个Selector），如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接和请求。

2、使用selector检测，当通道中有事件发生时会主动通知selector，可以减少多线程之间的上下文切换（1个selector系统调用+N次就绪的客户端的read系统调用）。
传统做法是需要循环访问所有通道是否有事件发生，这样在数据量大的情况下，会导致消耗内存资源严重

2.3 Selector、Channel 和 Buffer 关系图