在 Java 中總共有三種 IO 類(lèi)型：BIO（Blocking I/O，阻塞I/O）、NIO（Non-blocking I/O，非阻塞I/O）和 AIO（Asynchronous I/O，異步I/O），它們的區(qū)別如下：

1. 在 JDK 1.4 之前，只有 BIO 一種模式，其開(kāi)發(fā)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，新來(lái)一個(gè)連接就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程處理，但隨著請(qǐng)求并發(fā)度的提升，BIO 很快遇到了性能瓶頸。
2. 所以在 JDK 1.4 以后開(kāi)始引入了 NIO 技術(shù)，NIO 可以在一個(gè)線程中處理多個(gè) IO 操作，提高了資源的利用率和系統(tǒng)的吞吐量。
3. 而到了 JDK 1.7 發(fā)布了 AIO 模型，它可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)線程發(fā)起一個(gè) IO 操作后，可以直接返回，無(wú)需等待 IO 操作完成。操作系統(tǒng)會(huì)在整個(gè) IO 操作完成后，通過(guò)回調(diào)函數(shù)通知應(yīng)用程序。

1.空輪詢(xún)和CPU100%

然而，隨著 NIO 逐漸使用，人們卻發(fā)現(xiàn)了 NIO 的一個(gè)經(jīng)典問(wèn)題，也就是臭名昭著的 Epoll（多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)）空輪詢(xún)的問(wèn)題。

空輪詢(xún)的問(wèn)題是指，在 Linux 系統(tǒng)下，使用 Java 中的 NIO 時(shí)，即使 Selector（多路復(fù)用器）輪詢(xún)結(jié)果為空，也沒(méi)有 wakeup 或新消息要處理時(shí)，NIO 依舊會(huì)進(jìn)行空輪詢(xún)，導(dǎo)致 CPU 一直上升，最終造成 CPU 使用率 100% 的問(wèn)題。

該 BUG 相關(guān)可以參見(jiàn)以下鏈接：

• https://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=2147719
• https://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=6403933
• https://github.com/netty/netty/issues/327

2.空輪詢(xún)的原因

空輪詢(xún)產(chǎn)生的原因可以在 https://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=6670302 上找到答案，例如以下就是一個(gè)經(jīng)典的 bug 復(fù)現(xiàn)場(chǎng)景：

A DESCRIPTION OF THE PROBLEM :
The NIO selector wakes up infinitely in this situation..
0. server waits for connection
1. client connects and write message
2. server accepts and register OP_READ
3. server reads message and remove OP_READ from interest op set
4. client close the connection
5. server write message (without any reading.. surely OP_READ is not set)
6. server's select wakes up infinitely with return value 0

也就說(shuō)，當(dāng)連接出現(xiàn)了 RST（強(qiáng)制連接關(guān)閉），因?yàn)?poll 和 epoll 對(duì)于突然中斷的連接 Socket 會(huì)對(duì)返回的 eventSet 事件集合置為 POLLHUP 或者 POLLERR，eventSet 事件集合發(fā)生了變化，這就導(dǎo)致 Selector 會(huì)被喚醒，進(jìn)而導(dǎo)致 CPU 100% 問(wèn)題，其根本原因就是 JDK 沒(méi)有處理好這種情況，比如 SelectionKey 中就沒(méi)定義有異常事件的類(lèi)型，導(dǎo)致異常無(wú)法被捕捉和處理，從而一直空輪詢(xún)。

3.如何解決空輪詢(xún)？

NIO 空輪詢(xún)可能會(huì)導(dǎo)致 CPU 100% 的解決方案通常有以下兩種：

• 升級(jí) Java 版本：早期的 JDK 版本中（JDK 1.7 之前），這個(gè) bug 較為常見(jiàn)，但后續(xù)的 JDK 更新中，Oracle 和 OpenJDK 團(tuán)隊(duì)已經(jīng)著手解決了這一問(wèn)題，確保使用最新的 Java 版本可以減少遇到此問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。但網(wǎng)上依然有人發(fā)現(xiàn)即使在 JDK 1.8 中，使用原生的 NIO 依然會(huì)發(fā)生空輪詢(xún)的問(wèn)題，只是發(fā)生的概率變低了而已。
• 使用第三方庫(kù)：對(duì)于無(wú)法升級(jí) Java 版本的情況，或擔(dān)心新版本的 JDK 中依然存在空輪詢(xún)問(wèn)題的團(tuán)隊(duì)可以考慮使用已經(jīng)解決了此問(wèn)題的第三方庫(kù)，如 Netty。Netty 通過(guò)主動(dòng)檢測(cè)和處理空輪詢(xún)情況，當(dāng)檢測(cè)到可能的空輪詢(xún)時(shí)，會(huì)采取措施如臨時(shí)增加 Selector 的等待時(shí)間，或者重建 Selector，以此來(lái)避免 CPU 資源的浪費(fèi)。

課后思考

說(shuō)說(shuō) Netty 解決空輪詢(xún)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)？為什么重建 Selector 可以避免空輪詢(xún)呢？