NIO、BIO、AIO

https://gitee.com/jly521/NioAio.git  NIO、AIO代码举例地址

• 从进程级通信的维度讨论时， 阻塞和同步（非阻塞和异步）就是一对同义词， 且需要针对发送方和接收方作区分对待。
  • 发送方阻塞/非阻塞（同步/异步）和接收方的阻塞/非阻塞（同步/异步） 是互不影响的。

#############################我的理解

同步和异步（宏观表现）：

• 异步能主动通知你，不用你不停的轮询
• 同步的含义是，你是否需要亲自去处理数据

阻塞非阻塞（具体实现）：

• 调用不能直接返回结果，所采取的策略（等还是不等）

BIO（同步阻塞）：

• 比如发起读入操作，如果获取不到就会阻塞等待返回结果，整个程序挂起。

NIO（同步非阻塞）：

• channel、selector、buffer
• 比如发起读入操作，调用handler
  • 如果获取不到就会返回读取不到状态（比如被锁），整个程序挂起，过一段时间轮询好了没
  • 如果获取到读入缓存，开启读取动作
• 使用 select轮询就是同步

• 每次从选中的通道读取数据可以设置阻塞和非阻塞策略，读入缓存

AIO，即NIO2.0（异步非阻塞）：

• 比如发起读入操作，
  • 如果读取不到，根本不会调用handler
  • 如果获取到读入缓存，调用handler处理
• aio 接收客户端请求才去的是读入完成后回调处理函数，所以是异步

• 创建的AsynchronousSocketChannel通道，名字不难看出是异步通道（非阻塞）

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IO的方式通常分为几种，同步阻塞的BIO、同步非阻塞的NIO、异步非阻塞的AIO。

BIO

•  在JDK1.4出来之前，我们建立网络连接的时候采用BIO模式
• 需要先在服务端启动一个ServerSocket，然后在客户端启动Socket来对服务端进行通信，默认情况下服务端需要对每个请求建立一堆线程等待请求
• 而客户端发送请求后，先咨询服务端是否有线程相应，如果没有则会一直等待或者遭到拒绝请求，如果有的话，客户端会线程会等待请求结束后才继续执行。

伪异步I/O编程

• 采用线程池和任务队列可以实现一种叫做伪异步的I/O通信框架。

NIO

• NIO本身是基于事件驱动思想来完成的，其主要想解决的是BIO的大并发问题： 
• 将每一个客户端请求分配给一个线程来单独处理。
  • 操作系统本身也对线程的总数有一定的限制。
  • 如果客户端的请求过多，服务端程序可能会因为不堪重负而拒绝客户端的请求，甚至服务器可能会因此而瘫痪。

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，每个连接共用一个线程。

• 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
  • 所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定，
  • 当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的话，才开启一个线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式
• 在NIO的处理方式中，
  • 当一个请求来的话，开启线程进行处理，可能会等待后端应用的资源(JDBC连接等)，其实这个线程就被阻塞了，
  • 当并发上来的话，还是会有BIO一样的问题。

AIO

• 与NIO不同，当进行读写操作时，只须直接调用API的read或write方法即可。
• 这两种方法均为异步的，对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；
• 即可以理解为，read/write方法都是异步的，完成后会主动调用回调函数。 

汇总图：

先来个例子理解一下概念，以银行取款为例： 

• 同步 ： 自己亲自出马持银行卡到银行取钱（使用同步IO时，Java自己处理IO读写）；
• 异步 ： 委托一小弟拿银行卡到银行取钱，然后给你（使用异步IO时，Java将IO读写委托给OS处理，需要将数据缓冲区地址和大小传给OS(银行卡和密码)，OS需要支持异步IO操作API）；
• 阻塞 ： ATM排队取款，你只能等待（使用阻塞IO时，Java调用会一直阻塞到读写完成才返回）；
• 非阻塞 ： 使用非阻塞IO时，如果不能读写Java调用会马上返回，当IO事件分发器会通知可读写时再继续进行读写，不断循环直到读写完成。

Java对BIO、NIO、AIO的支持：

• Java BIO ： 同步并阻塞，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，当然可以通过线程池机制改善。
• Java NIO ： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，
  • 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请求时才启动一个线程进行处理。
• Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，
  • 客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理，

BIO、NIO、AIO适用场景分析:

• 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，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。
• NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。
• AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的。 

• 同步/异步是在时间上强调处理事情的结果/机会成本的两种处理策略；

阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候

• 阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，
• 而非阻塞方式下，读取或者写入函数会立即返回一个状态值。

同步/异步是宏观上（进程间通讯，通常表现为网络IO的处理上），

• 阻塞/非阻塞是微观上（进程内数据传输，通常表现为对本地IO的处理上）；
• 阻塞和非阻塞是同步/异步的表现形式

来源：oschina

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