深刻理解BIO、NIO、AIO以及應用場景

補充概念：

同步與異步

• 同步： 同步就是發起一個調用後，被調用者未處理完請求以前，調用不返回。

• 異步： 異步就是發起一個調用後，馬上獲得被調用者的迴應表示已接收到請求，可是被調用者並無返回結果，此時咱們能夠處理其餘的請求，被調用者一般依靠事件，回調等機制來通知調用者其返回結果。

同步和異步的區別最大在於異步的話調用者不須要等待處理結果，被調用者會經過回調等機制來通知調用者其返回結果。

阻塞和非阻塞

• 阻塞： 阻塞就是發起一個請求，調用者一直等待請求結果返回，也就是當前線程會被掛起，沒法從事其餘任務，只有當條件就緒才能繼續。

• 非阻塞： 非阻塞就是發起一個請求，調用者不用一直等着結果返回，能夠先去幹其餘事情。

概念：

1.BIO (Blocking I/O)：

同步並阻塞，服務器的實現模式是一個鏈接一個線程，這樣的模式很明顯的一個缺陷是：因爲客戶端鏈接數與服務器線程數成正比關係，可能形成沒必要要的線程開銷，嚴重的還將致使服務器內存溢出。固然，這種狀況能夠經過線程池機制改善，但並不能從本質上消除這個弊端。

2.NIO(New I/O)：

在JDK1.4之前，Java的IO模型一直是BIO，但從JDK1.4開始，JDK引入的新的IO模型NIO，它是同步非阻塞的。而服務器的實現模式是多個請求一個線程，即請求會註冊到多路複用器Selector上，多路複用器輪詢到鏈接有IO請求時才啓動一個線程處理。

2.1 NIO的特性/NIO與IO區別

1)Non-blocking IO（非阻塞IO）

IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的。

Java NIO使咱們能夠進行非阻塞IO操做。好比說，單線程中從通道讀取數據到buffer，同時能夠繼續作別的事情，當數據讀取到buffer中後，線程再繼續處理數據。寫數據也是同樣的。另外，非阻塞寫也是如此。一個線程請求寫入一些數據到某通道，但不須要等待它徹底寫入，這個線程同時能夠去作別的事情。

Java IO的各類流是阻塞的。這意味着，當一個線程調用 read() 或 write() 時，該線程被阻塞，直到有一些數據被讀取，或數據徹底寫入。該線程在此期間不能再幹任何事情了

2)Buffer(緩衝區)

IO 面向流(Stream oriented)，而 NIO 面向緩衝區(Buffer oriented)。

Buffer是一個對象，它包含一些要寫入或者要讀出的數據。在NIO類庫中加入Buffer對象，體現了新庫與原I/O的一個重要區別。在面向流的I/O中·能夠將數據直接寫入或者將數據直接讀到 Stream 對象中。雖然 Stream 中也有 Buffer 開頭的擴展類，但只是流的包裝類，仍是從流讀到緩衝區，而 NIO 倒是直接讀到 Buffer 中進行操做。

在NIO厙中，全部數據都是用緩衝區處理的。在讀取數據時，它是直接讀到緩衝區中的; 在寫入數據時，寫入到緩衝區中。任什麼時候候訪問NIO中的數據，都是經過緩衝區進行操做。

最經常使用的緩衝區是 ByteBuffer,一個 ByteBuffer 提供了一組功能用於操做 byte 數組。除了ByteBuffer,還有其餘的一些緩衝區，事實上，每一種Java基本類型（除了Boolean類型）都對應有一種緩衝區。

3)Channel (通道)

NIO 經過Channel（通道） 進行讀寫。

通道是雙向的，可讀也可寫，而流的讀寫是單向的。不管讀寫，通道只能和Buffer交互。由於 Buffer，通道能夠異步地讀寫。

4)Selectors(選擇器)

NIO有選擇器，而IO沒有。

選擇器用於使用單個線程處理多個通道。所以，它須要較少的線程來處理這些通道。線程之間的切換對於操做系統來講是昂貴的。所以，爲了提升系統效率選擇器是有用的。

2.3 NIO 讀數據和寫數據方式

一般來講NIO中的全部IO都是從 Channel（通道） 開始的。

• 從通道進行數據讀取 ：建立一個緩衝區，而後請求通道讀取數據。

• 從通道進行數據寫入 ：建立一個緩衝區，填充數據，並要求通道寫入數據。

數據讀取和寫入操做圖示：

2.4 NIO核心組件簡單介紹

NIO 包含下面幾個核心的組件：

• Channel(通道)

• Buffer(緩衝區)

• Selector(選擇器)

3.AIO(Asynchronous I/O)：

JDK1.7發佈了NIO2.0，這就是真正意義上的異步非阻塞，服務器的實現模式爲多個有效請求一個線程，客戶端的IO請求都是由OS先完成再通知服務器應用去啓動線程處理（回調）。

適用場景:

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。

總結：

NIO容許你用一個單獨的線程或幾個線程管理不少個channels（網絡的或者文件的），代價是程序的處理和處理IO相比更加複雜

若是你須要同時管理成千上萬的鏈接，可是每一個鏈接只發送少許數據，例如一個聊天服務器，用NIO實現會更好一些，類似的，若是你須要保持不少個到其餘電腦的鏈接，例如P2P網絡，用一個單獨的線程來管理全部出口鏈接是比較合適的

若是你只有少許的鏈接可是每一個鏈接都佔有很高的帶寬，同時發送不少數據，傳統的IO會更適合

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