网络编程

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Java 网络编程的核心问题是「如何高效地收发数据」。从 BIO 到 NIO 再到 Netty，每次演进都是为了解决更高并发场景下的性能瓶颈。

IO 模型演进

IO模型 详细介绍了 Java IO 的三种模型：

模型	线程模型	适用场景
BIO	每连接一线程	低并发、连接数少
NIO	单线程多路复用	高并发、短连接
AIO	操作系统回调	高并发、长连接

BIO（Blocking IO）的问题在于每个 IO 操作会阻塞整个线程，线程开销随连接数线性增长。NIO（Non-blocking IO）通过 Selector（多路复用器，一个线程监听多个连接的就绪事件）实现单线程管理多连接，解决了线程膨胀问题。AIO（Asynchronous IO）进一步将 IO 操作交给操作系统完成后回调通知，但 Linux 下实现不成熟，实际收益不明显，主流方案仍是 NIO。

Netty 框架

Netty 是基于 NIO 的高性能网络框架，解决了原生 NIO 的三个痛点：

NIO 问题	Netty 解决方案
API 繁杂	简洁的 Channel/Pipeline API
多线程复杂	EventLoop（事件循环线程，每个线程绑定一个 Selector，负责一组连接的所有 IO 事件）模型
epoll bug	修复 Selector 空轮询（JDK NIO 在 Linux epoll 下可能无事件却返回空循环，导致 CPU 100%）

Netty 的核心设计：Channel（连接抽象）-> EventLoop（事件循环）-> ChannelPipeline（处理链，按顺序执行多个处理器）-> ChannelHandler（业务逻辑单元）。这种分层设计将网络 IO 与业务逻辑解耦。

零拷贝

零拷贝（Zero-Copy）是指数据在内核缓冲区之间直接传输，避免 CPU 在用户态和内核态之间反复拷贝数据的 IO 优化技术。IO模型 中详细介绍了原理：

方案	CPU 拷贝次数	上下文切换	说明
传统 IO	2	4	read + write，数据经用户缓冲区中转
mmap	1	4	内核缓冲区映射到用户空间，减少一次拷贝
sendfile	1	2	数据直接在内核缓冲区间传输，不经过用户空间
sendfile + DMA gather	0	2	DMA（直接内存访问，硬件直接读写内存不经过 CPU）收集多个缓冲区，CPU 零拷贝

Java 通过 MappedByteBuffer（mmap 对应）和 FileChannel.transferTo()（sendfile 对应）支持零拷贝。Kafka、RocketMQ、Netty 等高性能中间件依赖零拷贝减少大文件传输时的 CPU 开销。

Socket 编程

Socket（套接字）是网络通信的端点抽象，Java 通过 Socket API 封装了 TCP/UDP 的底层操作。IO 模型决定"怎么读写数据"，Socket 协议决定"用什么规则通信"——两者是不同维度。

协议	特点	适用场景
TCP	面向连接、可靠传输、有序到达	HTTP、RPC、文件传输
UDP	无连接、不保证可靠、延迟低	视频流、DNS、游戏状态同步

TCP 编程通过 ServerSocket/Socket 实现，BIO 模式下每个连接需要独立线程处理（这也是 IO 模型演进的驱动因素之一）。UDP 编程通过 DatagramSocket/DatagramPacket 实现，无需建立连接，每次收发独立。

常见问题

问题	原因	解决方案
粘包/拆包	TCP 是字节流协议，无消息边界	定长消息、分隔符、长度头协议
连接超时	网络抖动或服务端不可达	设置 connectTimeout 和 soTimeout
连接泄漏	异常路径未关闭 Socket	使用 try-with-resources 确保关闭
端口占用	上次连接未完全释放（TIME_WAIT）	设置 SO_REUSEADDR

技术选型

选型核心考量：并发连接数、数据量大小、协议复杂度。

场景	推荐	选型理由
简单 TCP 服务（连接数 < 100）	BIO + 多线程	实现简单，调试方便，连接数少时线程开销可接受
高并发网络服务	Netty	NIO 多路复用 + 线程模型优化，成熟社区和丰富 codec
大文件传输	NIO 零拷贝	FileChannel.transferTo() 避免用户态拷贝，吞吐量提升显著
实时双向通信	WebSocket + Netty	WebSocket 提供全双工通道，Netty 提供高性能底座
RPC 框架开发	Netty（Dubbo/gRPC 底层）	自定义协议编解码、连接池管理、心跳检测开箱即用