深刻了解Netty【一】BIO、NIO、AIO簡單介紹

引言

在Java中提供了三種IO模型：BIO、NIO、AIO，模型的選擇決定了程序通訊的性能。

1.一、使用場景

• BIO

BIO適用於鏈接數比較小的應用，這種IO模型對服務器資源要求比較高。

• NIO

NIO適用於鏈接數目多、鏈接時間短的應用，好比聊天、彈幕、服務器間通信等應用。

• AIO

AIO適用於鏈接數目多、鏈接時間長的應用，好比相冊服務器。

1.二、BIO

同步並阻塞模型，服務器會爲每個鏈接創建一個線程，若是鏈接過多，且線程不作任何事情，會極大的浪費資源，示意圖以下：

1.2.一、機制

流程：

1. 服務器端啓動ServerSocket。
2. 客戶端啓動Socket對服務器進行通訊，服務器會爲每一個客戶端創建一個線程與之通訊。
3. 客戶端發送請求，先諮詢服務器是否有線程響應，若是沒有則會等待，或者被拒絕。
4. 若是有響應，客戶端線程會等待請求結束後，再繼續執行。

1.2.二、問題

• 服務端對於每一個請求都要創建獨立的線程。
• 併發數大時，要建立大量的線程，系統資源佔用大。
• 鏈接創建以後，若是當前線程暫時沒有數據可讀，則線程就阻塞再Read上，形成線程資源浪費。

1.三、NIO

同步非阻塞模型，服務器端用一個線程處理多個鏈接，客戶端發送的鏈接請求會註冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到鏈接有IO請求就進行處理：

NIO的非阻塞模式，使得一個線程從某通道發送請求或者讀取數據時，若是目前沒有可用的數據，不會使線程阻塞，在數據可讀以前，該線程能夠作其餘的事情。

NIO有三大核心部分：

• Channel(通道)
• Buffer(緩衝區)
• Selector(選擇器)

由圖可知：

• 每一個Channel對應一個Buffer。
• Selector對應一個線程，一個線程對應多個Channel。
• Selector會根據不一樣的事件，在各個通道上切換。
• Buffer是內存塊，底層是數據。

1.3.一、緩衝區（Buffer）

本質是能夠讀寫數據的內存塊，Channel讀取或者寫入的數據必須經過Buffer:

java.nio.Buffer抽象類的屬性：

// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;

1.3.二、通道（Channel）

通道是雙向的，能夠讀操做、也能夠寫操做。
java.nio.channels.Channel接口的經常使用實現類：

FileChannel用於文件的數據讀寫，DatagramChannel用於UDP的數據讀寫，ServerSocketChannel和SocketChannel用於TCP的數據讀寫。

1.3.三、選擇器（Selector）

Selector選擇器使用一個線程來維護。多個Channel會以事件的方式註冊到同一個Selector,當有事件發生時，Selector會獲取事件，而後針對每一個事件進行響應的處理。這樣就沒必要爲每一個鏈接建立一個線程，不用維護多線程，也不會有多線程之間的上下文切換致使的系統的開銷。
Selector示意圖：

1.四、AIO

異步非阻塞模型，AIO引入異步通道的概念，使用了Proactor,只有有效的請求才啓動線程，特色是先由操做系統完成後，才通知服務器端程序啓動線程去處理，通常適用於鏈接數較多且鏈接時間較長的應用。

1.五、BIO NIO AIO 對比