要想學習netty就先要了解：（網絡編程模型：BIO、NIO、AIO）
IO
上圖的工作模式：
- 開始時應用程序會發一個請求給CPU，CPU得到通知后，此時CPU就需要調用操作系統內核程序(磁盤控制器)。這就是用戶態->內核態。
- 磁盤控制器接到通知，使用DMA拷貝技術將數據放到PageCache內核緩沖區中，再由CPU把內核緩沖區中的數據傳回用戶緩沖區中(buffer)。這就是內核態->用戶態。
請求數據時，IO操作通常包括兩個部分（使用到的IO模型如下）
- 等待內核緩沖區中的數據准備好
- 將內核緩沖區中的數據拷貝到用戶緩沖區中（需要使用零拷貝進行優化，詳情見零拷貝）
一、IO模型
阻塞IO：程序請求操作系統IO，如果內核緩沖區中沒有准備好數據，進程則會進行等待。
非阻塞IO：程序請求操作系統IO，如果內核緩沖區中沒有准備好數據，進程會繼續執行，不斷進行系統調用直到IO數據准備好。
同步IO：操作系統收到程序請求后，如果內核緩沖區中沒有准備好數據，進程不會響應，直到數據准備好才會響應往下執行。
異步IO：操作系統收到程序請求后，如果內核緩沖區中沒有准備好數據，會返回一個標記，程序繼續往下執行。當數據准備好之后，會以事件的方式通知。
1.1同步IO
1、阻塞式IO（兩個步驟都需要等待）
應用進程被阻塞，直到內核緩沖區中的數據復制到應用進程緩沖區中才返回。
2、非阻塞式IO（第一個步驟不斷詢問數據是否准備好不需要等待，第二步需要等待）
應用進程執行系統調用之后，內核返回一個錯誤碼。應用進程可以繼續執行，但是需要不斷的執行系統調用來獲知I/O是否完成，這種方式稱為輪詢。(polling)。
3、I/O多路復用（兩個步驟都需要等待）
1、使用select或者poll等待數據，並且可以等待多個套接字中的任何一個變為可讀，這一過程會被阻塞，當某一個套接字可讀時返回，之后再使用recvfrom 把數據從內核復制到進程中。
2、使用select或者poll，可以讓單個線程具有處理多個I/O事件的能力。
IO多路復用的實現（詳情查看大佬：IO多路復用）
多路復用的實現：select、poll、epoll，這些函數都是系統調用函數。
select（一次select系統調用+N次就緒的客戶端的read系統調用）
select工作原理：
- 當通過一個線程調用select，將保存客戶端連接的數組
拷貝一份給內核態，在內核層遍歷該數組看那個客戶端已經准備好數據，將准備好的客戶端的個數返回給用戶態，用戶態需要遍歷數組，找到准備好數據的客戶端，然后進行read系統調用將內核緩沖區中的數據拷貝到用戶緩沖區中。
select存在的問題：
- select 調用需要傳入保存客戶端連接的數組，需要拷貝一份到內核，高並發場景下這樣的拷貝消耗的資源是驚人的。（可優化為不復制）
- select 在內核層仍然是通過遍歷的方式檢查客戶端的就緒狀態，是個同步過程，只不過無系統調用切換上下文的開銷，只在內核態遍歷。（內核層可優化為異步事件通知）
- select 僅僅返回就緒的客戶端的個數，具體哪個可讀還是要用戶自己遍歷。（可優化為只返回給用戶就緒的客戶端標識，無需用戶做無效的遍歷）
poll
它和select 的主要區別就是，去掉了select只能監聽1024個客戶端的限制。
epoll
epoll對select和poll進行了優化：
- 只在內核中存儲保存客戶端連接的數組，無需用戶每次都重新傳入，只需告訴內核修改的部分即可。
- 內核不再通過輪詢的方式找到就緒的客戶端，而是通過異步IO事件通知用戶態已經就緒的客戶端。
- 內核僅會將有IO事件的客戶端標識返回給用戶，用戶也無需遍歷整個文件描述符集合。
由於Linux下沒有Windows下的IOCP技術提供真正的異步IO支持，所以Linux下使用epoll模擬異步IO
4、信號驅動IO（第一步不會等待，第二步會等待）
1、應用進程使用sigaction系統調用，內核立即返回，應用進程可以繼續執行，也就是說等待數據階段應用進程是非阻塞的。
2、內核在數據到達時向應用進程發送SIGIO信號，應用進程收到之后在信號處理程序中調用 recvfrom 將數據從內核復制到應用進程中。
1.2異步IO（兩個步驟都不需要等待）
進行aio_read系統調用會立即返回，應用進程繼續執行，不會被阻塞，內核會在所有操作完成之后向應用進程發送信號。
二、IO的發展
2.1 BIO、NIO、AIO的區別
Java BIO：同步並阻塞，服務器采用線程池為一個客戶端連接創建一個線程，即客戶端有連接請求時服務器端就需要啟動一個線程進行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷。
連接數目比較小且固定的架構，對服務器資源要求比較高
Java NIO：同步非阻塞（IO多路復用），服務器實現模式為一個線程處理多個請求（連接），即客戶端發送的連接請求都會注冊到多路復用器上，多路復用器輪詢到連接有 I/O 請求就進行處理。
連接數目多且連接比較短（輕操作）的架構：聊天服務器，彈幕系統，服務器間通訊
Java AIO(NIO.2)：異步非阻塞，AIO 引入異步通道的概念，采用了 Rector/Proactor 模式，當用戶態訪問內核會立即返回一個標記，由內核會在所有操作完成之后向應用進程發送信號，一般適用於連接數較多且連接時間較長的應用。
連接數目多且連接比較長（重操作）的架構：相冊服務器
2.2 NIO的三個核心部分
- BIO 以流的方式處理數據，而 NIO 以塊的方式處理數據，塊 I/O 的效率比流 I/O 高很多。
- BIO 是阻塞的，NIO 則是非阻塞的。
- BIO 基於字節流和字符流進行操作，而 NIO 基於 Channel（通道）和 Buffer（緩沖區）進行操作，數據總是從通道讀取到緩沖區中，或者從緩沖區寫入到通道中。Selector（選擇器）用於監聽多個通道的事件（比如：連接請求，數據到達等），因此使用單個線程就可以監聽多個客戶端通道。Buffer和Channel之間的數據流向是雙向的。
channel
- 通道可以同時進行讀寫，而流只能讀或者只能寫
- 通道可以實現異步讀寫數據
- 通道可以從緩沖讀數據，也可以寫數據到緩沖
channel類
- FileChannel：用於文件的數據讀寫
- DatagramChannel：用於 UDP 的數據讀寫
- SocketChannel：用於 TCP 的數據讀寫
- ServerSocketChannel：用於UDP和TCP數據的讀寫
channel類中幾個重要的方法
- public int read(ByteBuffer dst)：從通道讀取數據並放到緩沖區中（用於讀取文件中的數據）
- public int write(ByteBuffer src)：把緩沖區的數據寫到通道中（用於把數據寫到文件中）
- public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)：從目標通道中復制數據到當前通道
- public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)：把數據從當前通道復制給目標通道
buffer
緩沖區（Buffer）：緩沖區本質上是一個可以讀寫數據的內存塊，可以理解成是一個容器對象（含數組），該對象提供了一組方法，可以更輕松地使用內存塊，緩沖區對象內置了一些機制，能夠跟蹤和記錄緩沖區的狀態變化情況。對文件的讀取或寫入都必須經由Buffer。
buffer的子類
Buffer緩沖區有兩種工作模式
- 寫模式：當通道中的數據讀取到buffer中時，buffer為寫模式
- 讀模式：當把buffer中的數據寫入到通道時，buffer為讀模式
buffer緩沖區中的四大屬性
需要使用buffer.flip反轉讀模式和寫模式
寫模式
讀模式
- position: 緩存區分配下一個要被讀或寫的元素的索引，每次讀寫緩沖區改值會自動加1
- limit: 緩存區最大可以進行操作的index位置。緩存區的讀寫狀態正式由這個屬性控制的，可以改變值。
- capacity: 緩存區的最大容量。這個容量是在緩存區創建時進行指定的。不可以改變值。
- mark：在當前緩沖區進行position時設置一個標記mark1，當執行buffer的reset方法時，可以把position復位到mark1
selector
1、Selector能夠檢測多個注冊的通道上是否有事件發生（注意：多個Channel 以事件的方式可以注冊到同一個Selector），如果有事件發生，便獲取事件然后針對每個事件進行相應的處理。這樣就可以只用一個單線程去管理多個通道，也就是管理多個連接和請求。
2、使用selector檢測，當通道中有事件發生時會主動通知selector，可以減少多線程之間的上下文切換（1個selector系統調用+N次就緒的客戶端的read系統調用）。
傳統做法是需要循環訪問所有通道是否有事件發生，這樣在數據量大的情況下，會導致消耗內存資源嚴重
Selector相關方法說明
selector.select(); //阻塞
selector.select(1000); //阻塞 1000 毫秒，在 1000 毫秒后返回
selector.wakeup(); //喚醒 selector
selector.selectNow(); //不阻塞，立馬返還
2.3 Selector、Channel 和 Buffer 關系圖
- 每個 Channel 都會對應一個 Buffer。
- Selector對應一個線程，一個線程對應多個 Channel（連接）。
- 該圖反應了有三個 Channel 注冊到該 Selector上程序
- Selector 會根據不同的事件，在各個通道上切換。程序切換到哪個Channel 是由事件決定的，Event 就是一個重要的概念。
- Buffer 就是一個內存塊，底層是有一個數組。
- 數據的讀取寫入是通過Buffer，這個和BIO是不同的，BIO中要么是輸入流，或者是輸出流，不能雙向，但是NIO的Buffer是可以讀也可以寫，需要flip方法切換Channel是雙向的。