Java中BIO,NIO,AIO的理解

在高性能的IO體系設計中，有幾個名詞概念經常會使咱們感到疑惑不解。具體以下： 

1 什麼是同步？ 
2 什麼是異步？ 
3 什麼是阻塞？ 
4 什麼是非阻塞？ 
5 什麼是同步阻塞？ 
6 什麼是同步非阻塞？ 
7 什麼是異步阻塞？ 

8 什麼是異步非阻塞？

 

先來舉個實例生活中的例子：

若是你想吃一份宮保雞丁蓋飯：

同步阻塞：你到飯館點餐，而後在那等着，還要一邊喊：好了沒啊！

同步非阻塞：在飯館點完餐，就去遛狗了。不過溜一下子，就回飯館喊一聲：好了沒啊！

異步阻塞：遛狗的時候，接到飯館電話，說飯作好了，讓您親自去拿。

異步非阻塞：飯館打電話說，咱們知道您的位置，一會給你送過來，安心遛狗就能夠了。

 

在弄清楚上面的幾個問題以前，咱們首先得明白什麼是同步，異步，阻塞，非阻塞，只有這幾個單個概念理解清楚了，而後在組合理解起來，就相對比較容易了。 

1,同步和異步是針對應用程序和內核的交互而言的。 

2,阻塞和非阻塞是針對於進程在訪問數據的時候，根據IO操做的就緒狀態來採起的不一樣方式，說白了是一種讀取或者寫入操做函數的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會當即返回一個狀態值。  

由上描述基本能夠總結一句簡短的話，同步和異步是目的，阻塞和非阻塞是實現方式。 

1.同步：指的是用戶進程觸發IO操做並等待或者輪詢的去查看IO操做是否就緒。本身上街買衣服，本身親自幹這件事，別的事幹不了。 

2.異步：異步是指用戶進程觸發IO操做之後便開始作本身的事情，而當IO操做已經完成的時候會獲得IO完成的通知（異步的特色就是通知） 告訴朋友本身合適衣服的尺寸，大小，顏色，讓朋友委託去賣，而後本身能夠去幹別的事。（使用異步IO時，Java將IO讀寫委託給OS處理，須要將數據緩衝區地址和大小傳給OS） 

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, 若是當時沒有東西可讀,或者暫時不可寫, 程序就進入等待 狀態, 直到有東西可讀或者可寫爲止 去公交站充值，發現這個時候，充值員不在（可能上廁所去了），而後咱們就在這裏等待，一直等到充值員回來爲止。（固然現實社會，可不是這樣，可是在計算機裏確實如此。） 

4.非阻塞：非阻塞狀態下, 若是沒有東西可讀, 或者不可寫, 讀寫函數立刻返回, 而不會等待， 銀行裏取款辦業務時，領取一張小票，領取完後咱們本身能夠玩玩手機，或者與別人聊聊天，當輪咱們時，銀行的喇叭會通知，這時候咱們就能夠去了。

 

一個IO操做其實分紅了兩個步驟：發起IO請求和實際的IO操做。 

同步IO和異步IO的區別就在於第二個步驟是否阻塞，若是實際的IO讀寫阻塞請求進程，那麼就是同步IO。 

阻塞IO和非阻塞IO的區別在於第一步，發起IO請求是否會被阻塞，若是阻塞直到完成那麼就是傳統的阻塞IO，若是不阻塞，那麼就是非阻塞IO。 

同步和異步是針對應用程序和內核的交互而言的，同步指的是用戶進程觸發IO操做並等待或者輪詢的去查看IO操做是否就緒，而異步是指用戶進程觸發IO操做之後便開始作本身的事情，而當IO操做已經完成的時候會獲得IO完成的通知。

 

而阻塞和非阻塞是針對於進程在訪問數據的時候，根據IO操做的就緒狀態來採起的不一樣方式，說白了是一種讀取或者寫入操做函數的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會當即返回一個狀態值。 

因此,IO操做能夠分爲3類：同步阻塞（即早期的BIO操做）、同步非阻塞（NIO）、異步非阻塞（AIO）。 

同步阻塞(BIO)： 
在此種方式下，用戶進程在發起一個IO操做之後，必須等待IO操做的完成，只有當真正完成了IO操做之後，用戶進程才能運行。JAVA傳統的IO模型屬於此種方式。 
同步非阻塞(NIO)：
在此種方式下，用戶進程發起一個IO操做之後即可返回作其它事情，可是用戶進程須要時不時的詢問IO操做是否就緒，這就要求用戶進程不停的去詢問，從而引入沒必要要的CPU資源浪費。其中目前JAVA的NIO就屬於同步非阻塞IO。 
異步非阻塞(AIO)：

此種方式下是指應用發起一個IO操做之後，不等待內核IO操做的完成，等內核完成IO操做之後會通知應用程序。

 

同步阻塞IO（JAVA BIO）： 
同步並阻塞，服務器實現模式爲一個鏈接一個線程，即客戶端有鏈接請求時服務器端就須要啓動一個線程進行處理，若是這個鏈接不作任何事情會形成沒必要要的線程開銷，固然能夠經過線程池機制改善。 

同步非阻塞IO(Java NIO)：

同步非阻塞，服務器實現模式爲一個請求一個線程，即客戶端發送的鏈接請求都會註冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到鏈接有I/O請求時才啓動一個線程進行處理。用戶進程也須要時不時的詢問IO操做是否就緒，這就要求用戶進程不停的去詢問。 

異步阻塞IO（Java NIO）：  
此種方式下是指應用發起一個IO操做之後，不等待內核IO操做的完成，等內核完成IO操做之後會通知應用程序，這其實就是同步和異步最關鍵的區別，同步必須等待或者主動的去詢問IO是否完成，那麼爲何說是阻塞的呢？由於此時是經過select系統調用來完成的，而select函數自己的實現方式是阻塞的，而採用select函數有個好處就是它能夠同時監聽多個文件句柄（若是從UNP的角度看，select屬於同步操做。由於select以後，進程還須要讀寫數據），從而提升系統的併發性！  

（Java AIO(NIO.2)）異步非阻塞IO:  
在此種模式下，用戶進程只須要發起一個IO操做而後當即返回，等IO操做真正的完成之後，應用程序會獲得IO操做完成的通知，此時用戶進程只須要對數據進行處理就行了，不須要進行實際的IO讀寫操做，由於真正的IO讀取或者寫入操做已經由內核完成了。  

 

BIO、NIO、AIO適用場景分析: 
        BIO方式適用於鏈接數目比較小且固定的架構，這種方式對服務器資源要求比較高，併發侷限於應用中，JDK1.4之前的惟一選擇，但程序直觀簡單易理解。 
        NIO方式適用於鏈接數目多且鏈接比較短（輕操做）的架構，好比聊天服務器，併發侷限於應用中，編程比較複雜，JDK1.4開始支持。 
        AIO方式使用於鏈接數目多且鏈接比較長（重操做）的架構，好比相冊服務器，充分調用OS參與併發操做，編程比較複雜，JDK7開始支持。