什么是同步、异步、阻塞、非阻塞？
- 同步：
- 同步操作是指在执行一个任务时，必须等待该任务完成后才能继续执行下一个任务。
- 同步操作通常会导致线程被阻塞，直到操作完成。这意味着程序按照顺序执行任务，一次只能处理一个任务。
- 异步：
- 异步操作是指在执行一个任务时，不需要等待任务完成，可以继续执行后续的任务。
- 异步操作通常使用回调函数或者事件来处理任务完成后的通知和结果。这允许程序并发执行多个任务，提高了系统的响应性和性能。
- 阻塞：
- 阻塞是指一个线程在执行某个操作时会被挂起，直到操作完成或者条件满足。
- 阻塞操作会占用线程的资源，直到操作完成，线程不能做其他事情。
- 非阻塞：
- 非阻塞是指一个线程在执行某个操作时不会被挂起，它会立即返回，即使操作还未完成。
- 非阻塞操作通常需要通过轮询或其他机制来检查操作是否完成，以决定是否继续执行其他任务。
这些概念在编程中的应用场景各不相同：
- 同步阻塞：传统的I/O操作通常是同步阻塞的，例如传统的文件读写和网络通信，线程会等待数据准备好或者操作完成才能继续执行。
- 异步非阻塞：Java NIO是一个例子，它允许使用异步非阻塞模式进行高效的I/O操作，一个线程可以管理多个通道，而不必等待每个操作完成。
- 同步非阻塞：某些情况下，可以使用同步非阻塞的方式，其中一个线程负责检查和处理多个任务的状态，以便可以继续执行其他任务。
- 异步阻塞：这种情况较少见，通常需要使用线程池或其他机制来模拟异步操作的非阻塞行为。
你知道哪些IO模型？请一一介绍下。
- 阻塞I/O：
- 阻塞I/O模型是最常见的一种模型。
- 当一个线程执行阻塞I/O操作时，它会一直等待，直到数据准备好或操作完成。
- 这种模型非常简单，但会导致线程被阻塞，无法处理其他任务，从而降低了系统的并发性和响应性。
- 非阻塞I/O：
- 非阻塞I/O模型允许一个线程执行非阻塞的I/O操作，即使操作没有完成也会立即返回。
- 通常需要使用循环轮询或者选择器来检查操作是否完成，从而使线程可以同时处理其他任务。
- 这种模型提高了系统的响应性，但需要更多的编程复杂性。
- I/O多路复用：
- I/O多路复用是一种高效的I/O模型，通常使用选择器（Selector）或多路复用器来监控多个I/O通道的状态。
- 一个线程可以同时管理多个通道，等待任何一个通道准备好数据或可写。
- 这种模型允许一个线程处理多个I/O操作，提高了系统的并发性和性能。
- 信号驱动I/O：
- 信号驱动I/O模型使用信号通知来通知程序某个操作已经完成。
- 当数据准备好或者操作完成时，操作系统会发送信号给程序，程序可以捕获信号并处理。
- 这种模型通常需要使用信号处理器来处理信号。
- 异步I/O：
- 异步I/O模型允许一个线程发起I/O操作，然后继续执行其他任务。
- 当操作完成时，系统会通知程序，从而可以处理操作的结果。
- 这种模型通常使用回调函数或者事件来处理异步操作的完成。
多路复用IO模型系统怎么实现？select、poll、epoll区别？
多路复用I/O模型允许一个线程同时监视多个I/O通道的状态，从而提高系统的并发性和性能。在Linux系统中，有三种主要的多路复用I/O机制：select、poll和epoll，他们的区别如下：
- select
- select 是最早引入的多路复用I/O机制之一，可用于UNIX和Windows系统。
- select使用一个文件描述符集合（fd_set）来管理需要监视的文件描述符，通过
FD_SET、FD_CLR等宏来操作集合。 - 它有最大文件描述符数量的限制，通常是1024（由
FD_SETSIZE宏定义），因此在高并发环境下可能会受限。 - 每次调用select时，必须将文件描述符集合从用户空间复制到内核空间，这可能导致性能开销。
- poll
- poll 是对select的改进，也可用于UNIX和Windows系统。
- poll使用一个pollfd结构的数组来描述要监视的文件描述符和事件，通过
POLLIN、POLLOUT等标志来设置事件。 - 不像select有文件描述符数量的限制，因此更适用于高并发环境。
- 每次调用poll时，需要将描述符数组从用户空间复制到内核空间，但相对于select性能稍好一些。
- epoll
- epoll是Linux特有的多路复用I/O机制。
- epoll使用一组系统调用来管理事件，包括
epoll_create（创建epoll实例）、epoll_ctl（注册/删除文件描述符和事件）、epoll_wait（等待事件）。 - epoll可以处理大量的文件描述符，没有限制，因此非常适合高并发环境。
- epoll使用回调机制，只有当文件描述符就绪时才通知应用程序，无需每次都复制描述符集合，因此性能非常好。
- epoll还支持边缘触发（edge-triggered）模式，可以提高事件通知的效率。
总结：
- select和poll是传统的多路复用I/O机制，它们在文件描述符数量上存在限制，并且每次调用时需要复制描述符集合。
- epoll是Linux特有的高性能多路复用I/O机制，没有文件描述符数量的限制，使用回调机制，适用于高并发环境，特别是在网络服务器中处理大量并发连接时。因此，epoll通常是首选的多路复用机制。
什么是Java NIO？
Java NIO（New I/O）是Java编程语言中的一种I/O（输入/输出）模型，它提供了一种更高效、更灵活的方式来处理输入和输出操作，相对于传统的Java I/O，Java NIO更适用于处理大量并发连接和大规模数据传输。
Java NIO的主要优点包括高性能、低内存占用和支持非阻塞I/O操作。它适用于需要处理大量并发连接的网络服务器、高性能文件复制和大规模数据传输等场景。与传统IO流相比，Java NIO更适合构建高性能的应用程序。
NIO比BIO相比有什么优势？
- 高并发性能
- NIO允许一个线程管理多个通道，每个通道都可以处理并发的I/O操作，因此能够更高效地处理大量并发连接。
- 在BIO中，每个连接通常需要一个独立的线程来处理，因此在高并发情况下，线程开销会非常大。
- 非阻塞I/O
- NIO提供了非阻塞I/O操作，使得一个线程可以执行多个I/O操作，而不需要等待每个操作完成。
- 在BIO中，每次I/O操作都会阻塞线程，导致线程无法执行其他任务。
- 内存效率
- NIO使用缓冲区（Buffer）来进行数据传输，减少了内存拷贝的次数，提高了内存使用效率。
- 在BIO中，数据通常需要在输入和输出之间进行复制，增加了内存开销。
- 可伸缩性
- NIO更容易实现可伸缩的服务器，因为它可以使用少量的线程来处理大量的并发连接，而不需要为每个连接创建一个线程。这降低了操作系统和JVM管理线程的开销。
NIO有哪些组件？
Java NIO包含三个重要的组件，这些组件协同工作以实现高性能的I/O操作：
- 通道（Channel）
- 通道是NIO的核心组件，用于表示数据源或数据目标，可以连接到文件、网络套接字、管道等。
- 常见的通道类型包括FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel等。
- 通道提供了读取和写入数据的方法，并且通常比流更高效。
- 缓冲区（Buffer）
- 缓冲区用于存储数据，可以是字节数据或字符数据，用于在通道和应用程序之间传递数据。
- Java NIO提供了不同类型的缓冲区，如ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等，用于存储不同类型的数据。
- 缓冲区提供了读取和写入数据的方法，还可以跟踪数据的位置、限制和容量等信息。
- 选择器（Selector）
- 选择器是Java NIO的多路复用机制，允许一个线程同时监视多个通道的事件。
- 通过选择器，一个线程可以等待多个通道中的某个通道准备好读取或写入数据，从而提高了系统的并发性。
- 选择器可以用于构建高性能的事件驱动应用程序，例如网络服务器。
通道负责数据的读写，缓冲区用于存储数据，选择器用于多路复用，三大组件协同工作，使Java NIO成为一种高性能、可伸缩的I/O模型。
NIO存在哪些问题？
- 复杂性
- 相对于传统的阻塞I/O（BIO），NIO的编程模型更加复杂。开发人员需要处理非阻塞I/O、事件驱动编程以及缓冲区管理等细节。
- NIO代码通常较难编写和维护，容易出现难以排查的错误。
- 学习曲线
- 对于初学者来说，学习NIO可能需要更多的时间和努力，因为它涉及许多新的概念和API。
- 开发人员需要熟悉通道、缓冲区、选择器等NIO组件，并理解它们的工作原理。
- 容易出现阻塞
- 尽管NIO是非阻塞I/O的模型，但仍然有可能出现阻塞的情况。例如，在操作系统的TCP缓冲区已满时，写操作可能会阻塞。
- 开发人员需要小心处理这些情况，以确保不会导致系统出现性能问题。
- 精细的错误处理
- NIO中的错误处理通常需要更多的精细化，因为操作可能在任何时候失败，而不像阻塞I/O那样简单地抛出异常。
- 开发人员需要处理各种可能的错误条件，包括连接中断、超时和缓冲区溢出等。
- 事件通知复杂性
- 使用选择器（Selector）来实现多路复用时，需要编写复杂的代码来处理事件通知，这可能会增加代码复杂性。
- 错误的事件处理可能导致性能问题或应用程序的不稳定性。
