Java中的BIO、NIO与AIO

1.概述

  I/O 模型简单的理解:就是用什么样的通道进行数据的发送和接收,很大程度上决定了程序通信的性能。Java 共支持 3 种网络编程模型 I/O 模式:BIONIOAIO

2.Java BIO

  Java BIO(Blocking I/O):是传统的java io 编程,其相关的类和接口在 java.io。同步并阻塞(传统阻塞型),服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有连接请求时,服务器端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销。

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BIO 编程流程的梳理

  1. 服务器端启动一个 ServerSocket
  2. 客户端启动 Socket 对服务器进行通信,默认情况下服务器端需要对每个客户建立一个线程与之通讯。
  3. 客户端发出请求后,先咨询服务器是否有线程响应,如果没有则会等待,或者被拒绝。
  4. 如果有响应,客户端线程会等待请求结束后,在继续执行。

Java BIO 存在的问题:

  • 每个请求都需要创建独立的线程,与对应的客户端进行数据Read,业务处理,数据 Write 。
  • 当并发数较大时,需要创建大量线程来处理连接,系统资源占用较大。
  • 连接建立后,如果当前线程暂时没有数据可读,则线程就阻塞在 Read 操作上,造成线程资源浪费。

BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中。

3.Java NIO

  Java NIO(java non-blocking IO):同步非阻塞,服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接),即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上,多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理 。NIO 有三大核心部分: Channel(通道)、Buffer(缓冲区)、Selector(选择器) 。NIO面向缓冲区,或者面向块编程的。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,需要时可在缓冲区中前后移动,这就增加了处理过程中的灵活性,使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。

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对于NIO的理解:

  • 每个 Channel 对应一个 Buffer,底层是一个数组;
  • Selector 对应一个线程,一个线程对应多个channel,根据不同的事件,在不同的通道上切换;
  • 程序切换到哪个channel 是有事件决定的(accept/read/write);
  • 数据的读取写入是通过Buffer, 这个和BIO , BIO 中要么是输入流,或者是输出流, 不能双向,但是NIO的Buffer 是可以读也可以写, 需要 flip 方法切换

4. Java AIO

  JDK7 引入了 AsynchronousI/O,即 AIO。在进行 I/O 编程中,常用到两种模式:Reactor ProactorJavaNIO 就是 Reactor,当有事件触发时,服务器端得到通知,进行相应的处理。Java AIO(NIO.2):异步非阻塞,AIO 引入异步通道的概念,采用了 Proactor 模式,简化了程序编写,有效的请求才启动线程,它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理,一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

5. BIO VS NIO VS AIO

编程模型BIONIOAIO
IO模型同步阻塞同步非阻塞(多路复用)异步非阻塞
编程难度简单复杂复杂
可靠性
吞吐量

举例说明

  1. 同步阻塞:到理发店理发,就一直等理发师,直到轮到自己理发。
  2. 同步非阻塞:到理发店理发,发现前面有其它人理发,给理发师说下,先干其他事情,一会过来看是否轮到自己.
    理发店理发,发现前面有其它人理发,给理发师说下,先干其他事情,一会过来看是否轮到自己.
  3. 异步非阻塞:给理发师打电话,让理发师上门服务,自己干其它事情,理发师自己来家给你理发

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