• | 作者：新一、
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一、概念

Java 中的 BIO、NIO和 AIO 理解為是 Java 語言對操作系統(tǒng)的各種 IO 模型的封裝。程序員在使用這些 API 的時候，不需要關(guān)心操作系統(tǒng)層面的知識，也不需要根據(jù)不同操作系統(tǒng)編寫不同的代碼。只需要使用Java的API就可以了。在講 BIO,NIO,AIO 之前先來回顧一下這樣幾個概念：同步與異步，阻塞與非阻塞。并且它們又可以排列組合成：同步阻塞、同步非阻塞、異步阻塞、異步非阻塞。

1、同步：指的是用戶進程觸發(fā)IO操作并等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒。比如肚子餓了去飯店吃飯，點好菜后一直問老板，飯好了沒有。

2、異步：異步指的是用戶進程觸發(fā)IO操作以后可以去做自己的事情，而當IO操作已經(jīng)完成的時候會得到IO完成的通知，異步的特點就是通知。使用異步IO時，Java將IO讀寫委托給OS處理，需要將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址和大小傳給OS。

對于通知調(diào)用者的三種方式，具體如下：

狀態(tài)：即監(jiān)聽被調(diào)用者的狀態(tài)（輪詢），調(diào)用者需要每隔一定時間檢查一次，效率會很低。

通知：當被調(diào)用者執(zhí)行完成后，發(fā)出通知告知調(diào)用者，無需消耗太多性能。

回調(diào)：與通知類似，當被調(diào)用者執(zhí)行完成后，會調(diào)用調(diào)用者提供的回調(diào)函數(shù)。

總結(jié)來說，同步和異步的區(qū)別：請求發(fā)出后，是否需要等待結(jié)果，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。

3、阻塞：所謂阻塞方式的意思是指, 當試圖對該文件描述符進行讀寫時, 如果當時沒有東西可讀,或者暫時不可寫, 程序就進入等待狀態(tài), 直到有東西可讀或者可寫為止。比如我們?nèi)コ燥埖臅r候，飯一直沒好，那我們就處于阻塞的狀態(tài)了。

4、非阻塞：非阻塞狀態(tài)下, 如果沒有東西可讀, 或者不可寫, 讀寫函數(shù)馬上返回，而不會一直等待。比如我們吃飯的時候如果飯沒來的時候，我們可以打打游戲，看看電視，等著飯好，而不用一直傻傻的干等著。

所以：1、同步和異步是針對應用程序和內(nèi)核的交互而言的。2、阻塞和非阻塞是針對于進程在訪問數(shù)據(jù)的時候，根據(jù)IO操作的就緒狀態(tài)來采取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數(shù)的實現(xiàn)方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數(shù)將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數(shù)會立即返回一個狀態(tài)值。 即同步和異步是目的，而阻塞和非阻塞是實現(xiàn)方式。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。

而對于同步IO和異步IO的區(qū)別就在于實際的IO操作是否阻塞，如果實際的IO操作阻塞請求進程，那么就是同步IO。

同步和異步是針對應用程序和內(nèi)核的交互而言的，同步指的是用戶進程觸發(fā)IO操作并等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒，而異步是指用戶進程觸發(fā)IO操作以后便開始做自己的事情，而當IO操作已經(jīng)完成的時候會得到IO完成的通知。

而阻塞IO和非阻塞IO的區(qū)別就在于發(fā)起IO請求是否會被阻塞，如果阻塞直到完成那么就是阻塞IO，如果不阻塞，那么就是非阻塞IO。

阻塞和非阻塞是針對于進程在訪問數(shù)據(jù)的時候，根據(jù)IO操作的就緒狀態(tài)來采取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數(shù)的實現(xiàn)方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數(shù)將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數(shù)會立即返回一個狀態(tài)值。

所以，IO操作可以分為3類即我們這里要說的：BIO(Blocked IO：同步阻塞)、NIO(Non-Blocked IO：同步非阻塞)、AIO(Asynchronous IO：異步非阻塞)。

Java BIO (blocking IO)：同步并阻塞，在JDK1.4出來之前，我們建立網(wǎng)絡連接的時候采用BIO模式，需要先在服務端啟動一個ServerSocket，然后在客戶端啟動Socket來對服務端進行通信，默認情況下服務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，先咨詢服務端是否有線程相應，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。所以如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，不過可以通過線程池機制改善。

Java NIO (non-blocking IO)：同步非阻塞，服務器實現(xiàn)模式為一個請求一個線程，即客戶端發(fā)送的連接請求都會注冊到多路復用器上，多路復用器輪詢到連接有I/O請求時才啟動一個線程進行處理。

Java AIO(NIO.2) (Asynchronous IO) ：異步非阻塞，服務器實現(xiàn)模式為一個有效請求一個線程，客戶端的I/O請求都是由OS先完成了再通知服務器應用去啟動線程進行處理。

另外還有一種異步阻塞IO，即經(jīng)典的Reactor設計模式，叫的更多的其實是IO多路復用(IO Multiplexing)。多路復用是指使用一個線程來檢查多個文件描述符（Socket）的就緒狀態(tài)，比如調(diào)用select和poll函數(shù)，傳入多個文件描述符，如果有一個文件描述符就緒，則返回，否則阻塞直到超時。得到就緒狀態(tài)后進行真正的操作可以在同一個線程里執(zhí)行，也可以啟動線程執(zhí)行（比如使用線程池）。這樣在處理過多的連接時，只需要1個線程監(jiān)控就緒狀態(tài)，對就緒的每個連接開一個線程處理就可以了，這樣需要的線程數(shù)大大減少，減少了內(nèi)存開銷和上下文切換的CPU開銷。

舉個栗子：

我們在夜市買小吃的時候就經(jīng)常有這樣的場景：比如我們在臭豆腐攤子那里點了份臭豆腐，但是人比較多，所以我們得排隊，輪到我們才能拿到臭豆腐，這個就是同步阻塞；但是有時候我們可以在臭豆腐這個點一份臭豆腐，然后跟老板說再去買份蛋炒飯過會過來拿，但是又不知道什么時候能好，畢竟臭豆腐熱乎的好吃啊，所以在等蛋炒飯的時候就過幾分鐘就去看看臭豆腐好了沒有，這種在炒飯攤和臭豆腐攤直接來回跑的就是同步非阻塞；還有一種就是我們已經(jīng)是臭豆腐攤的老顧客了就跟老板說要一份臭豆腐，先去買蛋炒飯，臭豆腐好了打電話再過去拿，這就是異步阻塞；還有一種情況就是跟老板關(guān)系太好了，老板說你去買蛋炒飯吧，等臭豆腐好了我給你送過去，這個就是異步非阻塞了。

二、應用場景

BIO、NIO、AIO應用場景分析:

BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對服務器資源要求比較高，并發(fā)局限于應用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡單易理解。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)，比如聊天服務器，并發(fā)局限于應用中，編程比較復雜，JDK1.4開始支持。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)，比如相冊服務器，充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復雜，JDK7開始支持。

三、結(jié)尾

這里只是簡單的從概念和應用層面對java中的BIO、NIO、AIO進行解釋和分析，其實這里背后的原理涉及到了很多的底層的概念，比如網(wǎng)絡、操作系統(tǒng)等等，這里篇幅有限就不再過分展開說明，后面再細分進行展開，本文首發(fā)于gzh【1024筆記】，有興趣的可以移步gzh獲取海量資料。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的内核aio_今天来说说令人让人傻傻分不清的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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