1.4 NIO的问题和Netty是怎么解决的

本章，我们将看Java NIO的一些问题和限制，以及Netty是怎样解决这些问题的。JDK拥有NIO包是朝着正确的方向迈出的一大步，但是用户却受限于如何使用它们。这些问题经常是由于过去所做的设计选择的结果，并且不容易改变，其他的是由于缺陷。

1.4.1 跨平台和兼容性问题

NIO的级别比较低，并且依赖于操作系统如何处理IO。所以完全满足Java提供统一API的需求，在所有的OS中工作和行为都是相同的，这不是微不足道的。

例如，你经常发现用NIO在Linux上工作的很好，但在Windows上面有问题。作者建议，即使你不使用NIO，但在不同的系统上做测试是非常重要的。即使在你工作的linux环境通过了测试，需要确保在其他的操作系统上验证。如果你不验证的话，或许会发生一些有趣的事情...

NIO.2看起来或许很理想，它仅仅支持Java7。另外，在撰写本文时，没有用于数据报管道的NIO.2 API（用于UDP应用程序），因此其用法仅限于TCP应用程序。

Netty通过提供统一的API的方式解决了这个问题，它允许相同的语义在Java6或7中无缝地工作。你不用担心底层版本，你将从相似或一致的API中获益。

1.4.2 扩展ByteBuffer...或者不

如前所述，ByteBuffer被用来当作数据容器。不幸的是，JDK 不包含允许包装ByteBuffer数组的ByteBuffer实现。最对于实现最小化内存复制是很有用的。如果你想：我将自己实现，不浪费你的时间。ByteBuffer有一个私有的构造器，所以你是不能够扩展它的。

Netty提供了它自己的ByteBuffer实现，它绕过了这个限制，并通过提供其他几种构建、使用和操作的方法以更进一步使用更简单的API来处理ByteBuffer。

1.4.3 散射和聚集或许会导致泄露

许多管道的实现支持散射和聚集，这个功能允许同时读/写更多的ByteBuffer实例，并拥有更好的性能。往往是由OS内核处理如何读/写，它经常会有更高的性能。因为OS内核更接近硬件，知道怎么做是最高效的。

如果你想在不同的ByteBuffer实例中分割数据，并分别处理每个缓冲区，散射和聚集会经常被用到。例如，在一个ByteBuffer中含有Header，另一个含有body。

图1.4展示了一个散射读是如何执行的。你可以将一个ByteBuffer实例数组传递给ScatteringByteChannel，然后数据将会从管道中分散到缓冲数组中。

Figure 1.4 A scattering read from a channel

聚集写也是相似的方式，但是数据是写到管道中。将ByteBuffer实例数组传递到GatheringByteChannel.write()方法，数据从buffers聚集到管道。

图1.5说明了聚集写的执行过程

Figure 1.5 A gathering write to a channel

不幸的是，这个功能在Java中被破坏，直到Java6的更新和Java7才正常。在之前，它会导致内存泄露，最终造成OutOfMemoryError。当你使用散射和聚集的时候，你需要很小心，确保使用的是正确的版本。

你或许会问：“为什么不更新Java？“，我同意这可以解决问题，但实际上，更新通常是不可行的。因为你的公司可能会对所有系统上部署的版本有所限制。改变的代价很高，事实上，这是不可行的。

1.4.4 粉碎著名的Epoll的bug

在类似Linux的系统中，选择器使用的是IO事件通知设备-epoll。这是一项高性能技术，其中操作系统和网络堆栈异步工作。不幸的是，直到今天，著名的Epoll bug还是会在选择器中导致一个无效的状态，结果会导致100%的CPU占用和运转(spinning)。恢复的唯一方法是回收旧的选择器，并且将之前已经注册的管道实例转到新创建的选择器中。

这里发生的是，即使没有已经被选择的SelectionKey实例， Selector.select() 也会停止阻塞，并立即返回。这违反了定义，在Javadoc中，Selector.select()方法是这样描述的：Selector.select() 如果没有已选择的，则必须阻塞。

NOTE For more details on the problem, see https://github.com/netty/netty/issues/327.

解决这个Epoll问题的范围是有限的。但Netty试图去自动检测和预防它。下面是Epoll的例子。

 while (true) { 
 int selected = selector.select(); #1 
 Set<SelectedKeys> readyKeys = selector.selectedKeys(); 
 Iterator iterator = readyKeys.iterator(); #2 
 while (iterator.hasNext()) { #3 
 ... 
 ... #4 
 } 
} 
... 
#1Returns immediately and returns 0 as nothing was selected 
#2 Obtains all SelectedKeys, Iterator is empty as nothing was selected 
#3 Loops over SelectedKeys in Iterator, but never enters this block as nothing was selected 
#4 Does the work in here

这段代码的效果是 循环吃内存:

... while (true) { } ...

值一直不是false，代码将保持CPU的运转并且吃资源。这会造成一些不良的后果，它会消耗所有的CPU，并阻止其他CPU的工作。

这些只是你在非阻塞IO中看到的一部分问题。不幸的是，尽管这个领域已经发展了多年，问题仍然需要解决。幸运的是，Netty解决了它们！