【轉】深刻分析JAVA IO（BIO、NIO、AIO）

IO的基本常識

1.同步

用戶進程觸發IO操做並等待或者輪詢的去查看IO操做是否完成

2.異步

用戶觸發IO操做之後,能夠幹別的事，IO操做完成之後再通知當前線程繼續處理

3.阻塞

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寫入，該線程在此期間不能執行其餘任務

4.非阻塞

當線程從某通道進行讀寫數據時，若沒有數據可用時，該線程能夠進行其餘任務。線程一般將非阻塞 IO 的空閒時間用於在其餘通道上執行 IO 操做，因此單獨的線程能夠管理多個輸入和輸出通道。

IO事件驅動模式

在IO讀寫時，把 IO請求 與 讀寫操做 分離調配進行，須要用到事件分離器。根據處理機制的不一樣，事件分離器又分爲：同步的Reactor和異步的Proactor。

Reactor模型：

 - 應用程序在事件分離器註冊 讀就緒事件 和 讀就緒事件處理器
 - 事件分離器等待讀就緒事件發生
 - 讀就緒事件發生，激活事件分離器，分離器調用 讀就緒事件處理器（即：能夠進行讀操做了，開始讀）
 - 讀事件處理器開始進行讀操做，把讀到的數據提供給程序使用

Proactor模型：

 - 應用程序在事件分離器註冊 讀完成事件 和 讀完成事件處理器，並向操做系統發出異步讀請求
 - 事件分離器等待操做系統完成讀取
 - 在分離器等待過程當中，操做系統利用並行的內核線程執行實際的讀操做，並將結果數據存入用戶自定義緩衝區，最後通知事件分離器讀操做完成
 - 事件分離器監聽到 讀完成事件 後，激活 讀完成事件的處理器
 - 讀完成事件處理器 處理用戶自定義緩衝區中的數據給應用程序使用

同步和異步的區別就在於 讀 操做由誰完成：同步的Reactor是指程序發出讀請求後，由分離器監聽到能夠進行讀操做時通知事件處理器進行讀操做，異步的Proactor是指程序發出讀請求後，操做系統馬上異步地進行讀操做了，讀完以後在通知分離器，分離器激活處理器直接取用已讀到的數據。

同步阻塞IO（BIO）

咱們熟知的Socket就是BIO，每個socket套接字須要使用一個線程來處理。創建鏈接、進行讀寫操做的時候均可能阻塞。在服務器端若是要支持併發的鏈接時，須要更多的線程。鏈接不作任何事情的時候會形成沒必要要的線程開銷，可經過線程池來改善。

 

同步非阻塞IO（NIO）

New IO是對BIO的改進，基於Reactor模型。咱們知道，一個socket鏈接只有在特定時間纔會發生數據傳輸IO操做，大部分時間這個「數據通道」是空閒的，但仍是佔用着線程。NIO做出的改進就是「多個鏈接一個線程」，在鏈接到服務端的衆多socket中，只有須要進行IO操做的才能獲取服務端的處理線程進行IO。這樣就不會由於線程不夠用而限制了socket的接入。客戶端的socket鏈接到服務端時，就會在事件分離器註冊一個 IO請求事件 和 IO 事件處理器。在該鏈接發生IO請求時，IO事件處理器就會啓動一個線程來處理這個IO請求，不斷嘗試獲取系統的IO的使用權限，則通知這個socket進行IO數據傳輸。

 

NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(緩衝區), Selector。傳統IO基於字節流和字符流進行操做，而NIO基於Channel和Buffer(緩衝區)進行操做，數據老是從通道讀取到緩衝區中，或者從緩衝區寫入到通道中。Selector(選擇區)用於監聽多個通道的事件（好比：鏈接打開，數據到達）。所以，單個線程能夠監聽多個數據通道。

NIO基於Channel和Buffer(緩衝區)進行操做

Selector(選擇區)用於監聽多個通道的事件

異步阻塞IO（AIO）

NIO是同步的IO，是由於程序須要IO操做時，必須得到了IO權限後親自進行IO操做才能進行下一步操做。AIO是對NIO的改進（因此AIO又叫NIO.2），它是基於Proactor模型的。每一個socket鏈接在事件分離器註冊 IO完成事件 和 IO完成事件處理器。程序須要進行IO時，向分離器發出IO請求並把所用的Buffer區域告知分離器，分離器通知操做系統進行IO操做，操做系統本身不斷嘗試獲取IO權限並進行IO操做（數據保存在Buffer區），操做完成後通知分離器；分離器檢測到 IO完成事件，則激活 IO完成事件處理器，處理器會通知程序說「IO已完成」，程序知道後就直接從Buffer區進行數據的讀寫。

AIO是發出IO請求後，由操做系統本身去獲取IO權限並進行IO操做；NIO則是發出IO請求後，由線程不斷嘗試獲取IO權限，獲取到後通知應用程序本身進行IO操做。

 

總結

BIO，NIO，AIO能夠簡述以下：

BIO是同步並阻塞，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。

NIO是同步非阻塞，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。

AIO是異步非阻塞，服務器實現模式爲一個有效請求一個線程，客戶端的I/O請求都是由OS先完成了再通知服務器應用去啓動線程進行處理。

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

NIO方式適用於鏈接數目多且鏈接比較短的架構，可充分利用服務器資源

AIO方式使用於鏈接數目多且鏈接比較長的架構，充分調用OS參與併發操做