原文： http://my.oschina.net/bluesky0leon/blog/132361

BIO | NIO | AIO，本身的描述都是在Java語言的基礎(chǔ)上的。而描述IO，我們需要從兩個層面：

編程語言

實現(xiàn)原理

底層基礎(chǔ)

簡稱

• BIO，同步阻塞式IO

• NIO，同步非阻塞IO

• AIO，異步非阻塞IO

從編程語言層面

IO的方式通常分為幾種，同步阻塞的BIO、同步非阻塞的NIO、異步非阻塞的AIO
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在JDK1.4出來之前，我們建立網(wǎng)絡(luò)連接的時候采用BIO模式，需要先在服務(wù)端啟動一個ServerSocket，然后在客戶端啟動Socket來對服務(wù)端進行通信，默認(rèn)情況下服務(wù)端需要對每個請求建立一堆線程等待請求，而客戶端發(fā)送請求后，先咨詢服務(wù)端是否有線程相應(yīng)，如果沒有則會一直等待或者遭到拒絕請求，如果有的話，客戶端會線程會等待請求結(jié)束后才繼續(xù)執(zhí)行。
BIO與NIO一個比較重要的不同，是我們使用BIO的時候往往會引入多線程，每個連接一個單獨的線程；而NIO則是使用單線程或者只使用少量的多線程，每個連接共用一個線程。
NIO的最重要的地方是當(dāng)一個連接創(chuàng)建后，不需要對應(yīng)一個線程，這個連接會被注冊到多路復(fù)用器上面，所以所有的連接只需要一個線程就可以搞定，當(dāng)這個線程中的多路復(fù)用器進行輪詢的時候，發(fā)現(xiàn)連接上有請求的話，才開啟一個線程進行處理，也就是一個請求一個線程模式。
在NIO的處理方式中，當(dāng)一個請求來的話，開啟線程進行處理，可能會等待后端應(yīng)用的資源(JDBC連接等)，其實這個線程就被阻塞了，當(dāng)并發(fā)上來的話，還是會有BIO一樣的問題。
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HTTP/1.1出現(xiàn)后，有了Http長連接，這樣除了超時和指明特定關(guān)閉的http header外，這個鏈接是一直打開的狀態(tài)的，這樣在NIO處理中可以進一步的進化，在后端資源中可以實現(xiàn)資源池或者隊列，當(dāng)請求來的話，開啟的線程把請求和請求數(shù)據(jù)傳送給后端資源池或者隊列里面就返回，并且在全局的地方保持住這個現(xiàn)場(哪個連接的哪個請求等)，這樣前面的線程還是可以去接受其他的請求，而后端的應(yīng)用的處理只需要執(zhí)行隊列里面的就可以了，這樣請求處理和后端應(yīng)用是異步的.當(dāng)后端處理完，到全局地方得到現(xiàn)場，產(chǎn)生響應(yīng)，這個就實現(xiàn)了異步處理。

• BIO是一個連接一個線程。
• NIO是一個請求一個線程。
• AIO是一個有效請求一個線程。

BIO

在JDK1.4之前，用Java編寫網(wǎng)絡(luò)請求，都是建立一個ServerSocket，然后，客戶端建立Socket時就會詢問是否有線程可以處理，如果沒有，要么等待，要么被拒絕。即：一個連接，要求Server對應(yīng)一個處理線程。

NIO

在JDK1.4及以后版本中提供了一套API來專門操作非阻塞I/O，我們可以在java.nio包及其子包中找到相關(guān)的類和接口。由于這套API是JDK新提供的I/O API，因此，也叫New I/O，這就是包名nio的由來。這套API由三個主要的部分組成：緩沖區(qū)（Buffers）、通道（Channels）和非阻塞I/O的核心類組成。在理解NIO的時候，需要區(qū)分，說的是New I/O還是非阻塞IO,New I/O是Java的包，NIO是非阻塞IO概念。這里講的是后面一種。

NIO本身是基于事件驅(qū)動思想來完成的，其主要想解決的是BIO的大并發(fā)問題： 在使用同步I/O的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，如果要同時處理多個客戶端請求，或是在客戶端要同時和多個服務(wù)器進行通訊，就必須使用多線程來處理。也就是說，將每一個客戶端請求分配給一個線程來單獨處理。這樣做雖然可以達到我們的要求，但同時又會帶來另外一個問題。由于每創(chuàng)建一個線程，就要為這個線程分配一定的內(nèi)存空間（也叫工作存儲器），而且操作系統(tǒng)本身也對線程的總數(shù)有一定的限制。如果客戶端的請求過多，服務(wù)端程序可能會因為不堪重負(fù)而拒絕客戶端的請求，甚至服務(wù)器可能會因此而癱瘓。

NIO基于Reactor，當(dāng)socket有流可讀或可寫入socket時，操作系統(tǒng)會相應(yīng)的通知引用程序進行處理，應(yīng)用再將流讀取到緩沖區(qū)或?qū)懭氩僮飨到y(tǒng)。
也就是說，這個時候，已經(jīng)不是一個連接就要對應(yīng)一個處理線程了，而是有效的請求，對應(yīng)一個線程，當(dāng)連接沒有數(shù)據(jù)時，是沒有工作線程來處理的。

Java中的包：java.nio.*、java.nio.channel.*、java.nio.file.*

AIO

與NIO不同，當(dāng)進行讀寫操作時，只須直接調(diào)用API的read或write方法即可。這兩種方法均為異步的，對于讀操作而言，當(dāng)有流可讀取時，操作系統(tǒng)會將可讀的流傳入read方法的緩沖區(qū)，并通知應(yīng)用程序；對于寫操作而言，當(dāng)操作系統(tǒng)將write方法傳遞的流寫入完畢時，操作系統(tǒng)主動通知應(yīng)用程序。
即可以理解為，read/write方法都是異步的，完成后會主動調(diào)用回調(diào)函數(shù)。
在JDK1.7中，這部分內(nèi)容被稱作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四個異步通道：

• AsynchronousSocketChannel
• AsynchronousServerSocketChannel
• AsynchronousFileChannel
• AsynchronousDatagramChannel

其中的read/write方法，會返回一個帶回調(diào)函數(shù)的對象，當(dāng)執(zhí)行完讀取/寫入操作后，直接調(diào)用回調(diào)函數(shù)。

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實現(xiàn)原理

說道實現(xiàn)原理，還要從操作系統(tǒng)的IO模型上了解

按照《Unix網(wǎng)絡(luò)編程》的劃分，IO模型可以分為：阻塞IO、非阻塞IO、IO復(fù)用、信號驅(qū)動IO和異步IO，按照POSIX標(biāo)準(zhǔn)來劃分只分為兩類：同步IO和異步IO。如何區(qū)分呢？首先一個IO操作其實分成了兩個步驟：發(fā)起IO請求和實際的IO操作，同步IO和異步IO的區(qū)別就在于第二個步驟是否阻塞，如果實際的IO讀寫阻塞請求進程，那么就是同步IO，因此阻塞IO、非阻塞IO、IO復(fù)用、信號驅(qū)動IO都是同步IO，如果不阻塞，而是操作系統(tǒng)幫你做完IO操作再將結(jié)果返回給你，那么就是異步IO。阻塞IO和非阻塞IO的區(qū)別在于第一步，發(fā)起IO請求是否會被阻塞，如果阻塞直到完成那么就是傳統(tǒng)的阻塞IO，如果不阻塞，那么就是非阻塞IO。

收到操作系統(tǒng)的IO模型，又不得不提select/poll/epoll/iocp，關(guān)于這四個的理解，不多做解釋，自己還沒理解到位。

可以理解的說明是：在Linux 2.6以后，java NIO的實現(xiàn)，是通過epoll來實現(xiàn)的，這點可以通過jdk的源代碼發(fā)現(xiàn)。而AIO，在windows上是通過IOCP實現(xiàn)的，在linux上還是通過epoll來實現(xiàn)的。

這里強調(diào)一點：AIO，這是I/O處理模式，而epoll等都是實現(xiàn)AIO的一種編程模型；換句話說，AIO是一種接口標(biāo)準(zhǔn)，各家操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)也可以不實現(xiàn)。在不同操作系統(tǒng)上在高并發(fā)情況下最好都采用操作系統(tǒng)推薦的方式。Linux上還沒有真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)方式的AIO。

底層基礎(chǔ)

說到底層，要說Linux系統(tǒng)編程，這里自己也不熟悉，有待后來人補充了。
只籠統(tǒng)的說一個：AIO實現(xiàn)

在windows上，AIO的實現(xiàn)是通過IOCP來完成的，看JDK的源代碼，可以發(fā)現(xiàn)

WindowsAsynchronousSocketChannelImpl

看實現(xiàn)接口：

implements Iocp.OverlappedChannel

再看實現(xiàn)方法：里面的read0/write0方法是native方法，調(diào)用的jvm底層實現(xiàn)，虛擬機技術(shù)不熟悉，不獻丑了。

在linux上，AIO的實現(xiàn)是通過epoll來完成的，看JDK源碼，可以發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)源碼是：

UnixAsynchronousSocketChannelImpl

看實現(xiàn)接口：

implements Port.PollableChannel

這是與windows最大的區(qū)別，poll的實現(xiàn)，在linux2.6后，默認(rèn)使用epoll。

這樣就可以理解了。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java的IO：BIO | NIO | AIO的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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