Java中BIO、NIO、AIO的理解-創(chuàng)新互聯(lián)

在高性能的IO體系設(shè)計(jì)中，有幾個(gè)名詞概念常常會(huì)使我們感到迷惑不解。具體如下：

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1 什么是同步？
2 什么是異步？
3 什么是阻塞？
4 什么是非阻塞？
5 什么是同步阻塞？
6 什么是同步非阻塞？
7 什么是異步阻塞？
8 什么是異步非阻塞？

先來舉個(gè)實(shí)例生活中的例子：

如果你想吃一份宮保雞丁蓋飯：
同步阻塞：你到飯館點(diǎn)餐，然后在那等著，還要一邊喊：好了沒??！
同步非阻塞：在飯館點(diǎn)完餐，就去遛狗了。不過溜一會(huì)兒，就回飯館喊一聲：好了沒啊！
異步阻塞：遛狗的時(shí)候，接到飯館電話，說飯做好了，讓您親自去拿。
異步非阻塞：飯館打電話說，我們知道您的位置，一會(huì)給你送過來，安心遛狗就可以了。

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。

1、同步和異步是針對(duì)應(yīng)用程序和內(nèi)核的交互而言的。

2、阻塞和非阻塞是針對(duì)于進(jìn)程在訪問數(shù)據(jù)的時(shí)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(shí)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(huì)立即返回一個(gè)狀態(tài)值。

由上描述基本可以總結(jié)一句簡(jiǎn)短的話，同步和異步是目的，阻塞和非阻塞是實(shí)現(xiàn)方式。

1.同步：指的是用戶進(jìn)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。自己上街買衣服，自己親自干這件事，別的事干不了。

2.異步：異步是指用戶進(jìn)程觸發(fā)IO操作以后便開始做自己的事情，而當(dāng)IO操作已經(jīng)完成的時(shí)候會(huì)得到IO完成的通知（異步的特點(diǎn)就是通知） 告訴朋友自己合適衣服的尺寸，大小，顏色，讓朋友委托去賣，然后自己可以去干別的事。（使用異步IO時(shí)，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）

3.阻塞：所謂阻塞方式的意思是指, 當(dāng)試圖對(duì)該文件描述符進(jìn)行讀寫時(shí), 如果當(dāng)時(shí)沒有東西可讀,或者暫時(shí)不可寫, 程序就進(jìn)入等待 狀態(tài), 直到有東西可讀或者可寫為止 去公交站充值，發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)候，充值員不在（可能上廁所去了），然后我們就在這里等待，一直等到充值員回來為止。（當(dāng)然現(xiàn)實(shí)社會(huì)，可不是這樣，但是在計(jì)算機(jī)里確實(shí)如此。）

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(huì)等待， 銀行里取款辦業(yè)務(wù)時(shí)，領(lǐng)取一張小票，領(lǐng)取完后我們自己可以玩玩手機(jī)，或者與別人聊聊天，當(dāng)輪我們時(shí)，銀行的喇叭會(huì)通知，這時(shí)候我們就可以去了。

一個(gè)IO操作其實(shí)分成了兩個(gè)步驟：發(fā)起IO請(qǐng)求和實(shí)際的IO操作。

同步IO和異步IO的區(qū)別就在于第二個(gè)步驟是否阻塞，如果實(shí)際的IO讀寫阻塞請(qǐng)求進(jìn)程，那么就是同步IO。

阻塞IO和非阻塞IO的區(qū)別在于第一步，發(fā)起IO請(qǐng)求是否會(huì)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。

同步和異步是針對(duì)應(yīng)用程序和內(nèi)核的交互而言的，同步指的是用戶進(jìn)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(jìn)程觸發(fā)IO操作以后便開始做自己的事情，而當(dāng)IO操作已經(jīng)完成的時(shí)候會(huì)得到IO完成的通知。

而阻塞和非阻塞是針對(duì)于進(jìn)程在訪問數(shù)據(jù)的時(shí)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(shí)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(huì)立即返回一個(gè)狀態(tài)值。

所以,IO操作可以分為3類：同步阻塞（即早期的BIO操作）、同步非阻塞（NIO）、異步非阻塞（AIO）。

同步阻塞(BIO)：

在此種方式下，用戶進(jìn)程在發(fā)起一個(gè)IO操作以后，必須等待IO操作的完成，只有當(dāng)真正完成了IO操作以后，用戶進(jìn)程才能運(yùn)行。JAVA傳統(tǒng)的IO模型屬于此種方式。

同步非阻塞(NIO)：

在此種方式下，用戶進(jìn)程發(fā)起一個(gè)IO操作以后便可返回做其它事情，但是用戶進(jìn)程需要時(shí)不時(shí)的詢問IO操作是否就緒，這就要求用戶進(jìn)程不停的去詢問，從而引入不必要的CPU資源浪費(fèi)。其中目前JAVA的NIO就屬于同步非阻塞IO。

異步非阻塞(AIO)：

此種方式下是指應(yīng)用發(fā)起一個(gè)IO操作以后，不等待內(nèi)核IO操作的完成，等內(nèi)核完成IO操作以后會(huì)通知應(yīng)用程序。

同步阻塞IO（JAVA BIO）：

同步并阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程，即客戶端有連接請(qǐng)求時(shí)服務(wù)器端就需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理，如果這個(gè)連接不做任何事情會(huì)造成不必要的線程開銷，當(dāng)然可以通過線程池機(jī)制改善。

同步非阻塞IO(Java NIO)：

同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程，即客戶端發(fā)送的連接請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到多路復(fù)用器上，多路復(fù)用器輪詢到連接有I/O請(qǐng)求時(shí)才啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理。用戶進(jìn)程也需要時(shí)不時(shí)的詢問IO操作是否就緒，這就要求用戶進(jìn)程不停的去詢問。

異步阻塞IO（Java NIO）：

此種方式下是指應(yīng)用發(fā)起一個(gè)IO操作以后，不等待內(nèi)核IO操作的完成，等內(nèi)核完成IO操作以后會(huì)通知應(yīng)用程序，這其實(shí)就是同步和異步最關(guān)鍵的區(qū)別，同步必須等待或者主動(dòng)的去詢問IO是否完成，那么為什么說是阻塞的呢？因?yàn)榇藭r(shí)是通過select系統(tǒng)調(diào)用來完成的，而select函數(shù)本身的實(shí)現(xiàn)方式是阻塞的，而采用select函數(shù)有個(gè)好處就是它可以同時(shí)監(jiān)聽多個(gè)文件句柄（如果從UNP的角度看，select屬于同步操作。因?yàn)閟elect之后，進(jìn)程還需要讀寫數(shù)據(jù)），從而提高系統(tǒng)的并發(fā)性！

（Java AIO(NIO.2)）異步非阻塞IO:

在此種模式下，用戶進(jìn)程只需要發(fā)起一個(gè)IO操作然后立即返回，等IO操作真正的完成以后，應(yīng)用程序會(huì)得到IO操作完成的通知，此時(shí)用戶進(jìn)程只需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就好了，不需要進(jìn)行實(shí)際的IO讀寫操作，因?yàn)檎嬲腎O讀取或者寫入操作已經(jīng)由內(nèi)核完成了。

BIO、NIO、AIO適用場(chǎng)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(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，但程序直觀簡(jiǎn)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(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中，編程比較復(fù)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(zhǎng)（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。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)。

名稱欄目：Java中BIO、NIO、AIO的理解-創(chuàng)新互聯(lián)
本文路徑：http://bm7419.com/article4/didiie.html

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