網(wǎng)絡(luò) I/O 優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò) I/O 優(yōu)化通常有一些基本處理原則：

讓客戶滿意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶的期望值來自于我們對這個行業(yè)的熱愛。我們立志把好的技術(shù)通過有效、簡單的方式提供給客戶，將通過不懈努力成為客戶在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：域名與空間、網(wǎng)絡(luò)空間、營銷軟件、網(wǎng)站建設(shè)、柳南網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。

1、一個是減少網(wǎng)絡(luò)交互的次數(shù)：要減少網(wǎng)絡(luò)交互的次數(shù)通常我們在需要網(wǎng)絡(luò)交互的兩端會設(shè)置緩存，比如 Oracle 的 JDBC 驅(qū)動程序，就提供了對查詢的 SQL 結(jié)果的緩存，在客戶端和數(shù)據(jù)庫端 都有，可以有效的減少對數(shù)據(jù)庫的訪問。關(guān)于 Oracle JDBC 的內(nèi)存管理可以參考《 Oracle JDBC 內(nèi)存管理》。除了設(shè)置緩存還有一個辦法是，合并訪問請求：如在查詢數(shù)據(jù)庫時，我們要查 10 個 id，我可以每次查一個 id，也可以一次查 10 個 id。再比如在訪問一個頁面時通過會有多個 js 或 css 的文件，我們可以將多個 js 文件合并在一個 HTTP 鏈接中，每個文件用逗號隔開，然后發(fā)送到后端 Web 服務(wù)器根據(jù)這個 URL 鏈接，再拆分出各個文件，然后打包再一并發(fā)回給前端瀏覽器。這些都是常用的減少網(wǎng)絡(luò) I/O 的辦法。

2、減少網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量的大?。?減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量的辦法通常是將數(shù)據(jù)壓縮后再傳輸，如 HTTP 請求中，通常 Web 服務(wù)器將請求的 Web 頁面 gzip 壓縮后在傳輸給瀏覽器。還有就是通過設(shè)計(jì)簡單的協(xié)議，盡量通過讀取協(xié)議頭來獲取有用的價(jià)值信息。比如在代理程序設(shè)計(jì)時，有 4 層代理和 7 層代理都是來盡量避免要讀取整個通信數(shù)據(jù)來取得需要的信息。

3、盡量減少編碼：通常在網(wǎng)絡(luò) I/O 中數(shù)據(jù)傳輸都是以字節(jié)形式的，也就是通常要序列化。但是我們發(fā)送要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是字符形式的，從字符到字節(jié)必須編碼。但是這個編碼過程是比較耗時的，所以 在要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò) I/O 傳輸時，盡量直接以字節(jié)形式發(fā)送。也就是盡量提前將字符轉(zhuǎn)化為字節(jié)，或者減少字符到字節(jié)的轉(zhuǎn)化過程。

4、根據(jù)應(yīng)用場景設(shè)計(jì)合適的交互方式：所謂的交互場景主要包括同步與異步阻塞與非阻塞方式，下面將詳細(xì)介紹。

同步與異步

所謂同步就是一個任務(wù)的完成需要依賴另外一個任務(wù)時，只有等待被依賴的任務(wù)完成后，依賴的任務(wù)才能算完成，這是一種可靠的任務(wù)序列。要么成功都成功，失敗都失敗，兩個任務(wù)的狀態(tài)可以保持一致。而異步是不需要等待被依賴的任務(wù)完成，只是通知被依賴的任務(wù)要完成什么工作，依賴的任務(wù)也立即執(zhí)行，只要自己完成了整個任務(wù)就算完成了。至于被依賴的任務(wù)最終是否真正完成，依賴它的任務(wù)無法確定，所以它是不可靠的任務(wù)序列。我們可以用打電話和發(fā)短信來很好的比喻同步與異步操作。

　在設(shè)計(jì)到 IO 處理時通常都會遇到一個是同步還是異步的處理方式的選擇問題。因?yàn)橥脚c異步的 I/O 處理方式對調(diào)用者的影響很大，在數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中都會遇到這個問題。因?yàn)?I/O 操作通常是一個非常耗時的操作，在一個任務(wù)序列中 I/O 通常都是性能瓶頸。但是同步與異步的處理方式對程序的可靠性影響非常大，同步能夠保證程序的可靠性，而異步可以提升程序的性能，必須在可靠性和性能之間做 個平衡，沒有完美的解決辦法。

阻塞與非阻塞

阻塞與非阻塞主要是從 CPU 的消耗上來說的，阻塞就是 CPU 停下來等待一個慢的操作完成 CPU 才接著完成其它的事。非阻塞就是在這個慢的操作在執(zhí)行時 CPU 去干其它別的事，等這個慢的操作完成時，CPU 再接著完成后續(xù)的操作。雖然表面上看非阻塞的方式可以明顯的提高 CPU 的利用率，但是也帶了另外一種后果就是系統(tǒng)的線程切換增加。增加的 CPU 使用時間能不能補(bǔ)償系統(tǒng)的切換成本需要好好評估。

兩種的方式的組合

組合的方式可以由四種，分別是：同步阻塞、同步非阻塞、異步阻塞、異步非阻塞，這四種方式都對 I/O 性能有影響。下面給出分析，并有一些常用的設(shè)計(jì)用例參考。

表 3. 四種組合方式

組合方式	性能分析
同步阻塞	最常用的一種用法，使用也是最簡單的，但是 I/O 性能一般很差，CPU 大部分在空閑狀態(tài)。
同步非阻塞	提升 I/O 性能的常用手段，就是將 I/O 的阻塞改成非阻塞方式，尤其在網(wǎng)絡(luò) I/O 是長連接，同時傳輸數(shù)據(jù)也不是很多的情況下，提升性能非常有效。 這種方式通常能提升 I/O 性能，但是會增加 CPU 消耗，要考慮增加的 I/O 性能能不能補(bǔ)償 CPU 的消耗，也就是系統(tǒng)的瓶頸是在 I/O 還是在 CPU 上。
異步阻塞	這種方式在分布式數(shù)據(jù)庫中經(jīng)常用到，例如在網(wǎng)一個分布式數(shù)據(jù)庫中寫一條記錄，通常會有一份是同步阻塞的記錄，而還有兩至三份是備份記錄會寫到其它機(jī)器上，這些備份記錄通常都是采用異步阻塞的方式寫 I/O。 異步阻塞對網(wǎng)絡(luò) I/O 能夠提升效率，尤其像上面這種同時寫多份相同數(shù)據(jù)的情況。
異步非阻塞	這種組合方式用起來比較復(fù)雜，只有在一些非常復(fù)雜的分布式情況下使用，像集群之間的消息同步機(jī)制一般用這種 I/O 組合方式。如 Cassandra 的Gossip 通信機(jī)制就是采用異步非阻塞的方式。 它適合同時要傳多份相同的數(shù)據(jù)到集群中不同的機(jī)器，同時數(shù)據(jù)的傳輸量雖然不大，但是卻非常頻繁。這種網(wǎng)絡(luò) I/O 用這個方式性能能達(dá)到高。

　　雖然異步和非阻塞能夠提升 I/O 的性能，但是也會帶來一些額外的性能成本，例如會增加線程數(shù)量從而增加 CPU 的消耗，同時也會導(dǎo)致程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜度上升。如果設(shè)計(jì)的不合理的話反而會導(dǎo)致性能下降。在實(shí)際設(shè)計(jì)時要根據(jù)應(yīng)用場景綜合評估一下。

本文標(biāo)題：深入分析JavaI/O的工作機(jī)制（網(wǎng)絡(luò)I/O優(yōu)化）-創(chuàng)新互聯(lián)
文章位置：http://chinadenli.net/article14/ddeide.html

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