简单谈谈BIO,NIO,AIO

约定不等于承诺〃 2023-10-10 21:16 36阅读 0赞

**目录**

IO 概述

阻塞 IO (BIO)

基本理解

非阻塞 IO(NIO)

核心部分

Channel

Buffer

Selector

Channel Buffer Selector 三者关系

异步非阻塞 IO(AIO)

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### IO 概述 ###

IO 的操作方式通常分为几种：同步阻塞 BIO、同步非阻塞 NIO、异步非阻塞 AIO。

（1）在 JDK1.4 之前，我们建立网络连接的时候采用的是 BIO 模式。

（2）Java NIO（New IO 或 Non Blocking IO）是从 Java 1.4 版本开始引入的一个新的IO API，可以替代标准的 Java IO API。NIO 支持面向缓冲区的、基于通道的 IO 操作。NIO 将以更加高效的方式进行文件的读写操作。BIO 与 NIO 一个比较重要的不同是， 我们使用 BIO 的时候往往会引入多线程，每个连接对应一个单独的线程；而 NIO 则是 使用单线程或者只使用少量的多线程，让连接共用一个线程。

（3）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。 下面我们来详细介绍这几种 IO 方式

### 阻塞 IO (BIO) ###

#### 基本理解 ####

阻塞 IO（BIO）是最传统的一种 IO 模型，即在读写数据过程中会发生阻塞现象，直至 有可供读取的数据或者数据能够写入。

（1）在 BIO 模式中，服务器会为每个客户端请求建立一个线程，由该线程单独负责 处理一个客户请求，这种模式虽然简单方便，但由于服务器为每个客户端的连接都采 用一个线程去处理，使得资源占用非常大。因此，当连接数量达到上限时，如果再有 用户请求连接，直接会导致资源瓶颈，严重的可能会直接导致服务器崩溃。

（2）大多数情况下为了避免上述问题，都采用了线程池模型。也就是创建一个固定大 小的线程池，如果有客户端请求，就从线程池中取一个空闲线程来处理，当客户端处 理完操作之后，就会释放对线程的占用。因此这样就避免为每一个客户端都要创建线 程带来的资源浪费，使得线程可以重用。但线程池也有它的弊端，如果连接大多是长 连接，可能会导致在一段时间内，线程池中的线程都被占用，那么当再有客户端请求 连接时，由于没有空闲线程来处理，就会导致客户端连接失败。传统的 BIO 模式如下 图所示：

### ![10fb720f2bdd418792fcc118d0664dc7.png][] ###

### 非阻塞 IO(NIO) ###

基于 BIO 的各种弊端，在 JDK1.4 开始出现了高性能 IO 设计模式非阻塞 IO（NIO）。

> I/O复用结合线程池就是Reactor模式基本设计思想

（1）NIO 采用非阻塞模式，基于 Reactor 模式的工作方式，I/O 调用不会被阻塞，它 的实现过程是：会先对每个客户端注册感兴趣的事件，然后有一个线程专门去轮询每 个客户端是否有事件发生，当有事件发生时，便顺序处理每个事件，当所有事件处理 完之后，便再转去继续轮询。如下图所示：

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（2）NIO 中实现非阻塞 I/O 的核心对象就是 Selector，Selector 就是注册各种 I/O 事件地方，而且当我们感兴趣的事件发生时，就是这个对象告诉我们所发生的事件， 如下图所示：

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（3）NIO 的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被 注册到多路复用器上面，一个选择器线程可以同时处理成千上万个连接，系统不必创 建大量的线程，也不必维护这些线程，从而大大减小了系统的开销。

#### ![328333e73b0e487b96e3c19e46313d74.png][]核心部分 ####

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

\- Channels

\- Buffers

\- Selectors

虽然 Java NIO 中除此之外还有很多类和组件，但 Channel，Buffer 和 Selector 构成 了核心的 API。其它组件，如 Pipe 和 FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的 工具类。

#### Channel ####

首先说一下 Channel，可以翻译成“通道”。Channel 和 IO 中的 Stream(流)是差不 多一个等级的。只不过 Stream 是单向的，譬如：InputStream, OutputStream.而 Channel 是双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。

NIO 中的 Channel 的主要实现有：FileChannel、DatagramChannel、 SocketChannel 和 ServerSocketChannel，这里看名字就可以猜出个所以然来：分别 可以对应文件 IO、UDP 和 TCP（Server 和 Client）。

#### Buffer ####

NIO 中的关键 Buffer 实现有：ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer，分别对应基本数据类型: byte, char, double, float, int, long, short。

#### Selector ####

Selector 运行单线程处理多个 Channel，如果你的应用打开了多个通道，但每个连接 的流量都很低，使用 Selector 就会很方便。例如在一个聊天服务器中。要使用 Selector, 得向 Selector 注册 Channel，然后调用它的 select()方法。这个方法会一直 阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件， 事件的例子有如新的连接进来、数据接收等。

#### Channel Buffer Selector 三者关系 ####

（1）一个 Channel 就像一个流，只是 Channel 是双向的，Channel 读数据到 Buffer， Buffer 写数据到 Channel。

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（2）一个 selector 允许一个线程处理多个 channel。

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### 异步非阻塞 IO(AIO) ###

（1）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。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是说 AIO 模式不需要selector 操作，而是是事件驱动形式，也就是当客户端发送数据之后，会主动通知服 务器，接着服务器再进行读写操作。

（2）Java 的 AIO API 其实就是 Proactor 模式的应用，和 Reactor 模式类似。 Reactor 和 Proactor 模式的主要区别就是真正的读取和写入操作是有谁来完成的， Reactor 中需要应用程序自己读取或者写入数据，而 Proactor 模式中，应用程序不需 要进行实际的读写过程，它只需要从缓存区读取或者写入即可，操作系统会读取缓存 区或者写入缓存区到真正的 IO 设备。

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