BIO、NIO、AIO

<h2>一、概述</h2> <pre><code>Java 中的 BIO、NIO和 AIO 可以理解为是 Java 语言对操作系统的各种 IO 模型的封装。在使用这些API的时候，不需要关心操作系统层面的知识，也不需要根据不同操作系统编写不同的代码。只需要使用Java的API就可以了。 同步： 同步就是发起一个调用后，被调用者未处理完请求之前，调用不返回。 异步： 异步就是发起一个调用后，立刻得到被调用者的回应表示已接收到请求，但是被调用者并没有返回结果，此时我们可以处理其他的请求，被调用者通常依靠事件，回调等机制来通知调用者其返回结果。 区别： 同步和异步的区别最大在于异步的话调用者不需要等待处理结果，被调用者会通过回调等机制来通知调用者其返回结果。 阻塞： 阻塞就是发起一个请求，调用者一直等待请求结果返回，也就是当前线程会被挂起，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续。 非阻塞： 非阻塞就是发起一个请求，调用者不用一直等着结果返回，可以先去干其他事情。</code></pre> <h2>二、BIO</h2> <pre><code>同步阻塞I/O模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。 采用 BIO 通信模型(典型的请求-应答模型) 的服务端，通常由一个独立的 Acceptor 线程负责监听客户端的连接。如果要能够同时处理多个客户端请求，就必须使用多线程。但创建过多的线程如果未有效利用，会造成不必要的开销，可以通过线程池改善。 客户端数M一般大于线程池的最大线程数N，这就伪异步IO。 总结：在活动连接数不是特别高（小于单击1000）的情况下，这种模式还是比较不错，可以让每一个连接专注于自己的I/O并且编程简单，也不用考虑过载、限流等问题。但是连接数过高就不适用了。</code></pre> <h2>三、NIO</h2> <pre><code>简介： NIO是一种同步非阻塞的I/O模型，它支持面向缓冲的，基于通道的I/O操作方法。提供了与传统BIO模型中的 Socket 和 ServerSocket 相对应的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现。 对于低负载、低并发的应用程序，可以使用同步阻塞I/O来提升开发速率和更好的维护性；对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 的非阻塞模式来开发。 NIO的特性/NIO与IO区别： 1.IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的。单线程中从通道读取数据到buffer，同时可以继续做别的事情，当数据读取到buffer中后，线程再继续处理数据。写数据也是一样的。另外，非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用 read() 或 write() 时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。 2.Buffer(缓冲区)。IO 面向流(Stream oriented)，而 NIO 面向缓冲区(Buffer oriented)。Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者要读出的数据。在面向流的I/O中·可以将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中。虽然 Stream 中也有 Buffer 开头的扩展类，但只是流的包装类，还是从流读到缓冲区，而 NIO 却是直接读到 Buffer 中进行操作。 3.Channel (通道)。NIO 通过Channel（通道） 进行读写。通道是双向的，可读也可写，而流的读写是单向的。无论读写，通道只能和Buffer交互。因为 Buffer，通道可以异步地读写。 4.Selector（选择器）。NIO有选择器，而IO没有。选择器用于使用单个线程处理多个通道。因此，它需要较少的线程来处理这些通道。线程之间的切换对于操作系统来说是昂贵的。 因此，为了提高系统效率选择器是有用的。 NIO 读数据和写数据方式： 通常来说NIO中的所有IO都是从 Channel（通道） 开始的。 1.从通道进行数据读取 ：创建一个缓冲区，然后请求通道读取数据。 2.从通道进行数据写入 ：创建一个缓冲区，填充数据，并要求通道写入数据。 NIO核心组件： Channel(通道)、Buffer(缓冲区)、Selector(选择器) 由于JDK 原生 NIO 难用，编程复杂，自己实现的NIO又容易出现bug，所以一般都是通过Netty来使用NIO。</code></pre> <h2>四、AIO</h2> <pre><code>AIO 也就是 NIO 2。在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步非阻塞的IO模型。虽然 NIO 在网络操作中，提供了非阻塞的方法，但是 NIO 的 IO 行为还是同步的。对于 NIO 来说，我们的业务线程是在 IO 操作准备好时，得到通知，接着就由这个线程自行进行 IO 操作，IO操作本身是同步的。（除了 AIO 其他的 IO 类型都是同步的）</code></pre> <h2>五、附注</h2> <pre><code>Linux系统的五种I/O模型： 1.阻塞IO模型：阻塞 I/O 是最简单的 I/O 模型，一般表现为进程或线程等待某个条件，如果条件不满足，则一直等下去。条件满足，则进行下一步操作。 2.非阻塞IO模型：应用进程与内核交互，目的未达到之前，不再一味的等着，而是直接返回。然后通过轮询的方式，不停的去问内核数据准备有没有准备好。如果某一次轮询发现数据已经准备好了，那就把数据拷贝到用户空间中。 3.信号驱动IO模型：应用进程在读取文件时通知内核，如果某个 socket 的某个事件发生时，请向我发一个信号。在收到信号后，信号对应的处理函数会进行后续处理。 4.IO复用模型：多个进程的IO可以注册到同一个管道上，这个管道会统一和内核进行交互。当管道中的某一个请求需要的数据准备好之后，进程再把对应的数据拷贝到用户空间中。由于没有向内核注册信号处理函数，所以，他并不是非阻塞的。 5.异步IO模型：应用进程把IO请求传给内核后，完全由内核去操作文件拷贝。内核完成相关操作后，会发信号告诉应用进程本次IO已经完成。 除了异步IO模型，其它的都是同步的。</code></pre>