JAVA 中的AIO和BIO和NIO的“恩恩怨怨”

Posted 2021-09-03 健康平安的活着

一 IO的分类

二 同步异步 阻塞和非阻塞 

 阻塞：当试图对该文件描述符进行读写时, 如果当时没有东西可读,或者暂时不可写, 程序就进入等待 状态, 直到有东西可读或者可写为止（强迫症，必须这件事做完才能做其他事情，否则一直等待）

非阻塞: 如果没有东西可读, 或者不可写, 读写函数马上返回, 而不会等待。（先取号，可以去做其他事情，叫号后，过来完成该事情）

同步：指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪（亲力亲为且专注于一件事） 

异步: 异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情，而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知（异步的特点就是通知，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）即：指示别人帮自己做事，完成后得到通知

 三 AIO和BIO和NIO

1.理论版

Java BIO ： 同步阻塞，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： 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。

2.举例版

BIO （Blocking I/O）：同步阻塞I/O模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。这里使用那个经典的烧开水例子，这里假设一个烧开水的场景，有一排水壶在烧开水，BIO的工作模式就是， 叫一个线程停留在一个水壶那，直到这个水壶烧开，才去处理下一个水壶。但是实际上线程在等待水壶烧开的时间段什么都没有做。

NIO （New I/O）：同时支持阻塞与非阻塞模式，但这里我们以其同步非阻塞I/O模式来说明，那么什么叫做同步非阻塞？如果还拿烧开水来说，NIO的做法是叫一个线程不断的轮询每个水壶的状态，看看是否有水壶的状态发生了改变，从而进行下一步的操作。

AIO （ Asynchronous I/O）：异步非阻塞I/O模型。异步非阻塞与同步非阻塞的区别在哪里？异步非阻塞无需一个线程去轮询所有IO操作的状态改变，在相应的状态改变后，系统会通知对应的线程来处理。对应到烧开水中就是，为每个水壶上面装了一个开关，水烧开之后，水壶会自动通知我水烧开了。

进程中的IO调用步骤大致可以分为以下四步：

进程向操作系统请求数据 ;

操作系统把外部数据加载到内核的缓冲区中;

操作系统把内核的缓冲区拷贝到进程的缓冲区 ;

进程获得数据完成自己的功能 ;

假设有这么一个场景，有一排水壶（客户）在烧水。

AIO的做法是，每个水壶上装一个开关，当水开了以后会提醒对应的线程去处理。

NIO的做法是，叫一个线程不停的循环观察每一个水壶，根据每个水壶当前的状态去处理。

BIO的做法是，叫一个线程停留在一个水壶那，直到这个水壶烧开，才去处理下一个水壶。

可以看出AIO是最聪明省力，NIO相对省力，叫一个人就能看所有的壶，BIO最愚蠢，劳动力低下。

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。