支撐Java NIO 與 NodeJS的底層技術
眾所周知在近幾個版本的Java中增加了一些對Java NIO、NIO2的支持與此同時NodeJS技術棧中最為人稱道的優勢之一就是其高性能IO那么我們今天要討論的話題就是支撐這些技術的底層技術。
開始之前先要提出的一個問題是
為什么NodeJS和Java NIO2沒有在更早的時間出現
答案個人認為是底層的支撐技術還不成熟。
那么底層技術指的是什么呢對的我想很多人已經猜到是操作系統技術。本文提出的兩個概念Java NIO2和NodeJS無一例外都是用戶態技術或者說是應用層技術而這些應用層技術是運行於OS之上的與此同時隨着操作系統的進步可以支撐的編程模型也更加的豐富。可以這么說這兩項技術完全是為了應用操作系統進步帶來的紅利而進化出來的技術。一般來說最先享受這種紅利的技術一定是C\C因為OS的進步最新提供的大部分是系統調用而C\C是最方便應用這些系統調用的但是同時也是最復雜的。其他平台為了也獲得同樣的性能就必須不斷的進化封裝使用戶可以用上這些紅利一旦那個平台停滯更新也就是這個平台沒落的時候了。對用戶來說封裝的越方便對用戶來說就越是友好可能使用的人就越多。雖然很多人可以很快的寫出基於這些平台的代碼但是往往不得其精髓因為本質上還是不理解這些技術的動機和原理。下面我們討論的這些技就是這兩項技術相關的底層技術。
不管哪一種OS設計中下面5種IO模型都是必不可少的。
1. blocking I/O
2. nonblocking I/O
3. I/O multiplexing (select, poll and epoll)
4. signal driven I/O (SIGIO)
5. asynchronous I/O (the POSIX aio_ functions)
1. blocking I/O
如圖所示這種IO模型的優點是編程簡單也是OS最早支持的IO模型之一缺點是系統調用阻塞用戶動態線程執行從而造成CPU時間浪費IO效率低。
2. nonblocking I/O
如圖所示這種IO模型的一個改進是IO是非阻塞了但是需要長輪詢同樣浪費CPU時鍾周期。
3. I/O multiplexing (select, poll and epoll)
如圖所示這種IO模型是當今OS提供的最穩定的IO模型大部分主流的應用都是基於此種IO模型構建的比如NodeJS但是這些平台往往在這種模型之上增加一層封裝來直接支持AIO。
4. signal driven I/O (SIGIO)
如圖所示資料記載這種IO模型由於對比模型3沒有性能優勢同時由於系統支持不穩定很少為設計者采用。
5. asynchronous I/O (the POSIX aio_ functions)
如圖所示此種IO模型是最完美的AIO編程模型也最簡單但是能夠完美支持者個模型的OS很少網上資料顯示Linux正在做這方面的努力一旦OS在這個方面上取得進展編程框架平台編程模型可能還是需要有很大程度的簡化。
雖然這種模型很少有OS的支持但是並不是說現在就沒有這種AIO模型很多框架做了這方面的工作在用戶態模擬了AIO使用戶可以更多的關注業務邏輯代碼。
6. 同步異步阻塞和非阻塞
同步和異步是針對應用程序和內核的交互而言的。一直等到數據讀完再返回的是同步直接返回的是異步。阻塞和非阻塞是對進程、線程而言的阻塞方式下讀取或者寫入線程一直等待而非阻塞方式下讀取或者寫入線程立即返回一個狀態值。
