在高性能的IO體系設(shè)計(jì)中，BIO、NIO、AIO的概念，常常會(huì)讓我們感到困惑不解。在Java面試中，我們也經(jīng)常會(huì)被問到這個(gè)問題。譬如：

• BIO、NIO、AIO 的概念
• 同步/異步、阻塞/非阻塞的區(qū)別
• NIO 如何實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用功能
• AIO、BIO、NIO的適用場景
• NIO的核心概念、應(yīng)用和框架等等

這塊內(nèi)容本身比較復(fù)雜，很難用三言兩語說明白，而書上的定義不太容易理解。本篇內(nèi)容按照我的理解，以盡可能簡單、易懂的語言進(jìn)行組織，希望能夠幫助到大家快速理解這些概念。

AIO、BIO、NIO的區(qū)別

在弄清楚上面的幾個(gè)問題之前，我們首先得明白什么是同步，異步，阻塞，非阻塞，只有這幾個(gè)單個(gè)概念理解清楚了，然后在組合理解起來，就相對(duì)比較容易了。

IO模型主要分類：

• 同步(synchronous) IO和異步(asynchronous) IO
• 阻塞(blocking) IO和非阻塞(non-blocking)IO
• 同步阻塞(blocking-IO)簡稱BIO
• 同步非阻塞(non-blocking-IO)簡稱NIO
• 異步非阻塞(synchronous-non-blocking-IO)簡稱AIO

1.BIO (同步阻塞I/O模式)

數(shù)據(jù)的讀取寫入必須阻塞在一個(gè)線程內(nèi)等待其完成。

這里使用那個(gè)經(jīng)典的燒開水例子，這里假設(shè)一個(gè)燒開水的場景，有一排水壺在燒開水，BIO的工作模式就是， 叫一個(gè)線程停留在一個(gè)水壺那，直到這個(gè)水壺?zé)_，才去處理下一個(gè)水壺。但是實(shí)際上線程在等待水壺?zé)_的時(shí)間段什么都沒有做。

2.NIO（同步非阻塞）

同時(shí)支持阻塞與非阻塞模式，但這里我們以其同步非阻塞I/O模式來說明，那么什么叫做同步非阻塞？如果還拿燒開水來說，NIO的做法是叫一個(gè)線程不斷的輪詢每個(gè)水壺的狀態(tài)，看看是否有水壺的狀態(tài)發(fā)生了改變，從而進(jìn)行下一步的操作。

3.AIO （異步非阻塞I/O模型）

異步非阻塞與同步非阻塞的區(qū)別在哪里？異步非阻塞無需一個(gè)線程去輪詢所有IO操作的狀態(tài)改變，在相應(yīng)的狀態(tài)改變后，系統(tǒng)會(huì)通知對(duì)應(yīng)的線程來處理。對(duì)應(yīng)到燒開水中就是，為每個(gè)水壺上面裝了一個(gè)開關(guān)，水燒開之后，水壺會(huì)自動(dòng)通知我水燒開了。

http://4.IO與NIO區(qū)別

5.同步與異步的區(qū)別

• 同步

發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，等待返回，再發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求，同步可以避免出現(xiàn)死鎖，臟讀的發(fā)生。

• 異步

發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，不等待返回，隨時(shí)可以再發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求，可以提高效率，保證并發(fā)。

6.阻塞和非阻塞

• 阻塞

傳統(tǒng)的IO流都是阻塞式的。也就是說，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用read()或者write()方法時(shí)，該線程將被阻塞，直到有一些數(shù)據(jù)讀讀取或者被寫入，在此期間，該線程不能執(zhí)行其他任何任務(wù)。在完成網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行IO操作時(shí)，由于線程會(huì)阻塞，所以服務(wù)器端必須為每個(gè)客戶端都提供一個(gè)獨(dú)立的線程進(jìn)行處理，當(dāng)服務(wù)器端需要處理大量的客戶端時(shí)，性能急劇下降。

• 非阻塞

JavaNIO是非阻塞式的。當(dāng)線程從某通道進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，若沒有數(shù)據(jù)可用時(shí)，該線程會(huì)去執(zhí)行其他任務(wù)。線程通常將非阻塞IO的空閑時(shí)間用于在其他通道上執(zhí)行IO操作，所以單獨(dú)的線程可以管理多個(gè)輸入和輸出通道。因此NIO可以讓服務(wù)器端使用一個(gè)或有限幾個(gè)線程來同時(shí)處理連接到服務(wù)器端的所有客戶端。

7.BIO、NIO、AIO適用場景

• BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高，并發(fā)局限于應(yīng)用中，JDK1.4以前的唯一選擇。
• NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中，編程比較復(fù)雜。
• AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長（重操作）的架構(gòu)，比如相冊(cè)服務(wù)器，充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開始支持。

NIO的3個(gè)核心概念

NIO重點(diǎn)是把Channel（通道），Buffer（緩沖區(qū)），Selector（選擇器）三個(gè)類之間的關(guān)系弄清楚。

1.緩沖區(qū)Buffer

Buffer是一個(gè)對(duì)象。它包含一些要寫入或者讀出的數(shù)據(jù)。在面向流的I/O中，可以將數(shù)據(jù)寫入或者將數(shù)據(jù)直接讀到Stream對(duì)象中。

在NIO中，所有的數(shù)據(jù)都是用緩沖區(qū)處理。這也就本文上面談到的IO是面向流的，NIO是面向緩沖區(qū)的。

緩沖區(qū)實(shí)質(zhì)是一個(gè)數(shù)組，通常它是一個(gè)字節(jié)數(shù)組（ByteBuffer），也可以使用其他類的數(shù)組。但是一個(gè)緩沖區(qū)不僅僅是一個(gè)數(shù)組，緩沖區(qū)提供了對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化訪問以及維護(hù)讀寫位置（limit）等信息。

最常用的緩沖區(qū)是ByteBuffer，一個(gè)ByteBuffer提供了一組功能于操作byte數(shù)組。除了ByteBuffer，還有其他的一些緩沖區(qū)，事實(shí)上，每一種Java基本類型（除了Boolean）都對(duì)應(yīng)一種緩沖區(qū)，具體如下：

• ByteBuffer：字節(jié)緩沖區(qū)
• CharBuffer:字符緩沖區(qū)
• ShortBuffer：短整型緩沖區(qū)
• IntBuffer：整型緩沖區(qū)
• LongBuffer:長整型緩沖區(qū)
• FloatBuffer：浮點(diǎn)型緩沖區(qū)
• DoubleBuffer：雙精度浮點(diǎn)型緩沖區(qū)

2.通道Channel

Channel是一個(gè)通道，可以通過它讀取和寫入數(shù)據(jù)，他就像自來水管一樣，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過Channel讀取和寫入。

通道和流不同之處在于通道是雙向的，流只是在一個(gè)方向移動(dòng)，而且通道可以用于讀，寫或者同時(shí)用于讀寫。

因?yàn)镃hannel是全雙工的，所以它比流更好地映射底層操作系統(tǒng)的API，特別是在UNIX網(wǎng)絡(luò)編程中，底層操作系統(tǒng)的通道都是全雙工的，同時(shí)支持讀和寫。

Channel有四種實(shí)現(xiàn)：

• FileChannel:是從文件中讀取數(shù)據(jù)。
• DatagramChannel:從UDP網(wǎng)絡(luò)中讀取或者寫入數(shù)據(jù)。
• SocketChannel:從TCP網(wǎng)絡(luò)中讀取或者寫入數(shù)據(jù)。
• ServerSocketChannel:允許你監(jiān)聽來自TCP的連接，就像服務(wù)器一樣。每一個(gè)連接都會(huì)有一個(gè)SocketChannel產(chǎn)生。

3.多路復(fù)用器Selector

Selector選擇器可以監(jiān)聽多個(gè)Channel通道感興趣的事情(read、write、accept(服務(wù)端接收)、connect，實(shí)現(xiàn)一個(gè)線程管理多個(gè)Channel，節(jié)省線程切換上下文的資源消耗。Selector只能管理非阻塞的通道，FileChannel是阻塞的，無法管理。

關(guān)鍵對(duì)象

• Selector：選擇器對(duì)象，通道注冊(cè)、通道監(jiān)聽對(duì)象和Selector相關(guān)。
• SelectorKey：通道監(jiān)聽關(guān)鍵字，通過它來監(jiān)聽通道狀態(tài)。

監(jiān)聽注冊(cè)

監(jiān)聽注冊(cè)在Selector

socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

監(jiān)聽的事件有

• OP_ACCEPT: 接收就緒，serviceSocketChannel使用的
• OP_READ: 讀取就緒，socketChannel使用
• OP_WRITE: 寫入就緒，socketChannel使用
• OP_CONNECT: 連接就緒，socketChannel使用

NIO的應(yīng)用和框架

1.NIO的應(yīng)用

Java NIO成功的應(yīng)用在了各種分布式、即時(shí)通信和中間件Java系統(tǒng)中，充分的證明了基于NIO構(gòu)建的通信基礎(chǔ)，是一種高效，且擴(kuò)展性很強(qiáng)的通信架構(gòu)。

例如：Dubbo(服務(wù)框架)，就默認(rèn)使用Netty作為基礎(chǔ)通信組件，用于實(shí)現(xiàn)各進(jìn)程節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)部通信。

Jetty、Mina、Netty、Dubbo、ZooKeeper等都是基于NIO方式實(shí)現(xiàn)。

• Mina出身于開源界的大牛Apache組織
• Netty出身于商業(yè)開源大亨Jboss
• Dubbo阿里分布式服務(wù)框架

2.NIO框架

特別是Netty是目前最流行的一個(gè)Java開源框架NIO框架，Netty提供異步的、事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架和工具，用以快速開發(fā)高性能、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和客戶端程序。

相比JDK原生NIO，Netty提供了相對(duì)十分簡單易用的API，非常適合網(wǎng)絡(luò)編程。

Mina和Netty這兩個(gè)NIO框架的創(chuàng)作者是同一個(gè)人Trustin Lee 。Netty從某種程度上講是Mina的延伸和擴(kuò)展，解決了一些Mina上的設(shè)計(jì)缺陷，也優(yōu)化了一下Mina上面的設(shè)計(jì)理念。

另一方面Netty相比較Mina的優(yōu)勢：

更容易學(xué)習(xí)

API更簡單

詳細(xì)的范例源碼和API文檔

更活躍的論壇和社區(qū)

更高的代碼更新維護(hù)速度

Netty無疑是NIO框架的首選，它的健壯性、功能、性能、可定制性和可擴(kuò)展性在同類框架都是首屈一指的，后續(xù)將重點(diǎn)詳細(xì)談Netty的實(shí)現(xiàn)原理以及實(shí)戰(zhàn)場景。

以上，是關(guān)于BIO、NIO、AIO的知識(shí)點(diǎn)梳理總結(jié)。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的bio nio aio区别_8分钟深入浅出搞懂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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