BIO&NIO&AIO

悠悠 2022-11-14 13:29 112阅读 0赞

IO模型

java共支持3中IO模型：BIO,NIO,AIO。下面来总结一下三种模型。

# BIO #

BIO(Blocking IO): 同步阻塞IO。

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## 代码 ##

public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);
    
        System.out.println("BIOServer等待连接。。");
        //阻塞方法   等待客户端的链接
        Socket clientSocket = serverSocket.accept();
        System.out.println("BIOServer有客户端连接了。。");
        
        byte[] bytes = new byte[1024];
        System.out.println("准备read。。");
        //阻塞方法  等待客户端写数据，没有数据可读时就阻塞
        int read = clientSocket.getInputStream().read(bytes);
        System.out.println("read完毕。。");
        if (read != -1) {
            System.out.println("接收到客户端的数据：" + new String(bytes, 0, read));
        }
        clientSocket.getOutputStream().write("HelloClient".getBytes());
        clientSocket.getOutputStream().flush();
    
    
    }

上述代码中，serverSocket.accept()和clientSocket.getInputStream().read(bytes)方法是阻塞的，如果多个客服端线程来连接服务端，就会造成阻塞，降低性能。如果使用多线程来解决性能问题，来多少个客户端开多少个线程，显然是不合适的，服务端压力也会加大。因此，BIO会有以下缺点：

1.  IO代码里的accept和read操作是阻塞操作，会造成线程阻塞，浪费资源；
2.  如果线程过多，会导致服务端压力过大。

# NIO #

NIO(Non Blocking IO): 同步非阻塞，从jdk1.4开始支持，主要有三大组件，channel，selector，buffer。

## NIO三大组件： ##

1.  channel（通道）
    
    1.  类似于流，是双向的，一个流只可能是InputStream或是OutputStream，但是channel是双向的；
2.  selector（选择器）
    
    1.  channel会注册到selector上，由selector根据channel的读写事件交给空闲的线程处理；
3.  buffer（缓冲区）
    
    1.  所有数据的读写都是通过buffer来进行的,java中的原生8种基本数据类型都有各自对应的buffer类型，（除Boolean外），如IntBuffer,CharBuffer,ByteBuffer,LongBuffer,ShortBuffer。

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## 代码 ##

public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            serverSocketChannel.configureBlocking(false); //设置非阻塞模式
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9090));//绑定9090端口
            Selector selector = Selector.open();
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); //将selector注册到serverSocketChannel
            while (true) {
                selector.select();//此方法为阻塞方法
                Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator();
                while (keyIterator.hasNext()) {
                    SelectionKey selectionKey = keyIterator.next();
                    if (selectionKey.isValid()) { //此键是否有效
                        if (selectionKey.isAcceptable()) {  //连接事件
                            ServerSocketChannel serverSocketChannel1 = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
                            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel1.accept();
                            socketChannel.configureBlocking(false);
                            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                        }
                        if (selectionKey.isReadable()) { //读取数据
                            SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                            socketChannel.read(buffer);
                            System.out.println(new String(buffer.array()));
                            ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.wrap(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss").format(new Date()).getBytes());
                            socketChannel.write(buffer1);
                        }
                    }
                    keyIterator.remove();//移除key，避免重复消费
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

## 步骤： ##

1.  开启ServerSocketChannel，绑定9090端口，并设置为非阻塞模式；
2.  开始Selector，并将ServerSocketChannel注册到Selector，监听连接事件；
3.  调用select()方法，是否有事件进来，如果有，则获取并遍历SelectionKey，判断其为连接事件还是读取事件，并做对应的操作，做完相应操作之后移除key，避免重复消费。

## 总结 ##

NIO是基于epoll基于事件响应机制来优化NIO。Redis也是典型的基于epoll的NIO线程模型(nginx也是)，epoll实例收集所有事件(连接与读写事件)，由一个服务端线程连续处理所有事件

命令，所以redis目前是单线程的。

# AIO #

异步非阻塞：适用于连接数目多且连接比较长(重操作)的架构。

## 用法 ##

AsynchronousServerSocketChannel与NIO中ServerSocketChannel用法基本一致，AsynchronousSocketChannel与SocketChannel用法基本一致，只不过是在CompletionHandler的回调completed方法中处理逻辑。

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