I/O 的概念
I/O（Input/Output）指输入输出操作，是程序与外部设备（如磁盘、网络、键盘等）交互的过程。核心目标是实现数据的高效读写，分为磁盘 I/O、网络 I/O 等类型。
同步 vs 异步、阻塞 vs 非阻塞
同步/异步：关注任务完成的通知机制。同步需等待任务完成，异步通过回调或事件通知。
阻塞/非阻塞：关注等待时的线程状态。阻塞会挂起线程，非阻塞立即返回状态。
示例：
- 同步阻塞：读取文件时线程阻塞直到数据就绪。
- 异步非阻塞：通过回调通知数据就绪，线程可处理其他任务。
BIO（Blocking I/O）
BIO 是同步阻塞模型，每个连接需独立线程处理。线程在读写时阻塞直到操作完成。
示例：
ServerSocketserverSocket=newServerSocket(8080);while(true){Socketsocket=serverSocket.accept();// 阻塞newThread(()->handleRequest(socket)).start();}NIO（Non-blocking I/O）
NIO 是同步非阻塞模型，通过 Selector 监听多个 Channel 的事件（如读写就绪），避免线程阻塞。
核心组件：
- Channel：双向数据传输通道。
- Buffer：数据容器。
- Selector：多路事件监听器。
示例：
Selectorselector=Selector.open();channel.configureBlocking(false);channel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);while(true){selector.select();// 阻塞直到事件就绪Set<SelectionKey>keys=selector.selectedKeys();// 处理事件...}AIO（Asynchronous I/O）
AIO 是异步非阻塞模型，操作系统完成 I/O 后主动回调，无需线程轮询。
核心类：
- AsynchronousSocketChannel
- CompletionHandler
示例：
AsynchronousServerSocketChannelserver=AsynchronousServerSocketChannel.open();server.bind(newInetSocketAddress(8080));server.accept(null,newCompletionHandler<AsynchronousSocketChannel,Void>(){@Overridepublicvoidcompleted(AsynchronousSocketChannelclient,Voidattachment){// 处理连接...}});Netty 简介
Netty 是基于 NIO 的高性能网络框架，提供事件驱动、零拷贝等特性，简化 NIO 编程。
核心优势：
- 线程模型优化（如主从 Reactor）。
- 解决粘包/半包问题（如 LengthFieldBasedFrameDecoder）。
BIO、NIO、AIO 的区别
| 特性 | BIO | NIO | AIO |
|---|---|---|---|
| 模型 | 同步阻塞 | 同步非阻塞 | 异步非阻塞 |
| 线程开销 | 高（1连接1线程） | 低（多路复用） | 极低（回调驱动） |
| 适用场景 | 低并发 | 高并发短连接 | 高并发长连接 |
Java IO 流分类
- 按方向：
- 输入流（InputStream/Reader）
- 输出流（OutputStream/Writer）
- 按单位：
- 字节流（操作二进制数据）
- 字符流（处理文本，如 FileReader）
内核空间
内核空间是操作系统核心代码的运行区域，用户程序需通过系统调用（如read()）访问硬件资源。I/O 操作本质是数据在用户空间与内核空间之间的拷贝。
五种 I/O 模型
- 阻塞 I/O
- 非阻塞 I/O
- I/O 多路复用（如 select/poll/epoll）
- 信号驱动 I/O
- 异步 I/O（如 AIO）
Bit、Byte、Char 的区别
- Bit：二进制最小单位（0/1）。
- Byte：8 bits，存储基本数据类型（如
byte）。 - Char：16 bits（Java 中），表示 Unicode 字符。
对象序列化与反序列化
序列化：将对象转换为字节流（如网络传输或持久化）。
反序列化：将字节流恢复为对象。
示例：
ObjectOutputStreamoos=newObjectOutputStream(newFileOutputStream("data.obj"));oos.writeObject(myObject);// 序列化serialVersionUID 的作用
用于版本控制，确保序列化与反序列化的类兼容。未显式定义时，JVM 自动生成，但类结构变化可能导致反序列化失败。
生成方式：
privatestaticfinallongserialVersionUID=1L;// 手动指定BufferedReader
属于字符缓冲流，提升读取效率。
常用方法：
readLine()：读取一行文本。close()：关闭流。
Java IO 流顶级超类
- 字节流：
InputStream、OutputStream - 字符流：
Reader、Writer
图片/视频必须用字节流
媒体文件是二进制数据，字符流可能因编码转换损坏内容。字节流（如FileInputStream）直接操作原始字节。
BIO 服务端为何多线程
单线程处理连接时会阻塞，无法并发响应。多线程允许同时处理多个客户端请求，但线程开销大（C10K 问题）。
多线程 BIO 瓶颈
- 线程创建/销毁成本高。
- 线程数过多导致上下文切换频繁，CPU 利用率下降。
线程池能否彻底解决 BIO
不能。线程池仅缓解线程创建开销，但高并发时仍受限于线程数量（如池满后请求排队）。
NIO 核心组件
- Channel：数据传输管道（如
SocketChannel）。 - Buffer：数据容器（如
ByteBuffer）。 - Selector：监听多个 Channel 的事件。
Buffer 重要属性
capacity：缓冲区容量。position：当前读写位置。limit：可操作数据边界。flip()：切换读写模式。
Selector 工作原理
通过系统调用（如epoll）监听注册的 Channel，当 I/O 事件（如读就绪）发生时，返回可处理的 SelectionKey 集合。
NIO 编程难点
- 事件处理逻辑复杂（需管理 Buffer、Channel 状态）。
- 需处理半包/粘包问题（如自定义编解码器）。
AIO 核心类
AsynchronousFileChannel：异步文件操作。AsynchronousSocketChannel：异步网络通信。
Netty 线程模型
主从 Reactor 模式：
- BossGroup：处理连接请求。
- WorkerGroup：处理 I/O 事件。
- 每个 Channel 绑定到固定 EventLoop 避免竞争。
Netty 解决粘包/半包
- 固定长度解码器（
FixedLengthFrameDecoder）。 - 分隔符解码器（
DelimiterBasedFrameDecoder）。 - 长度字段解码器（
LengthFieldBasedFrameDecoder）。
Netty 零拷贝
- Direct Buffer：避免 JVM 堆与 Native 内存拷贝。
- CompositeByteBuf：合并多个 Buffer 减少拷贝次数。
- 文件传输：通过
FileRegion直接发送文件。
Netty 心跳机制
使用IdleStateHandler检测空闲连接：
pipeline.addLast(newIdleStateHandler(30,0,0,TimeUnit.SECONDS));pipeline.addLast(newHeartbeatHandler());ChannelPipeline
责任链模式，包含一系列 ChannelHandler，按顺序处理入站/出站事件。示例：
pipeline.addLast(newDecoderHandler());pipeline.addLast(newBusinessLogicHandler());Linux 底层支持
- BIO：基于系统调用
read()/write()。 - NIO：基于
epoll（高效多路复用）。 - AIO：依赖 Linux 的
io_uring或 glibc 的线程池模拟。
Netty 不直接用 AIO
- Linux AIO 对非文件 I/O 支持不完善。
- NIO（epoll）已满足高性能需求，且更稳定。
优化 Netty 性能
- 调整 EventLoopGroup 线程数（通常为 CPU 核数 * 2）。
- 使用对象池（如
Recycler）减少 GC 压力。 - 开启 Native EPoll（
EpollEventLoopGroup）。
Netty 内存泄漏排查
- 启用
ResourceLeakDetector：System.setProperty("io.netty.leakDetection.level","PARANOID"); - 检查未释放的 ByteBuf 或 Channel。
Netty 应用案例
- Dubbo：RPC 框架。
- RocketMQ：消息队列。
- Elasticsearch：分布式搜索。
- Spring WebFlux：响应式 Web 框架。
