Java中BIO，NIO，AIO的理解

在高性能的I/O體系設計中，有幾個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？

先來舉個現實生活中的例子：

若是你想吃一份宮保雞丁蓋飯，

同步阻塞：你到飯館點餐，而後在那兒等着，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。不過遛一下子，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，一下子給你送過來，安心遛狗就能夠了。

在弄清楚以上幾個問題以前，咱們首先得明白什麼是同步、異步、阻塞、非阻塞，只有這幾個概念單個理解清楚了，而後再組合起來理解，就比較容易了。

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時，根據I/O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寫入操做函數的實現方式。阻塞方式下，讀取或寫入函數將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或寫入函數會當即返回一個狀態值。

以上描述能夠總結爲一句簡短的話：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I/O操做並等待或輪詢地去查看I/O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I/O操做之後便開始作本身的事情，而當I/O操做完成的時候會獲得「I/O完畢」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、顏色、款式，委託朋友去買，而後本身能夠去幹別的事（使用異步I/O時，Java將I/O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，或暫時不可寫，程序就進入等待狀態，直到有東西可讀或可寫爲止。去地鐵站充值，發現這個時候充值員不在（可能上廁所去了），而後咱們就在原地等待，一直等到充值員回來爲止。

4 非阻塞：非阻塞狀態下，若是沒有東西可讀，或不可寫，讀寫函數立刻返回，而不會等待。在銀行裏辦業務時，領取一張小票，以後咱們能夠玩手機，或與別人聊聊天，當輪到咱們時，銀行的喇叭會通知，這時候咱們就能夠去辦業務了。

一個I/O操做其實分紅了兩個步驟：發起I/O請求和實際的I/O操做。

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

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

I/O。

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I/O操做並等待或輪詢地去查看I/O操做是否就緒，而異步是指用戶進程觸發I/O操做之後便開始作本身的事情，而當I/O操做完成的時候會獲得I/O完畢的通知。

阻塞和非阻塞是針對於進程在訪問數據時，根據I/O操做的就緒狀態來採起的不一樣方式，說白了是讀取或寫入操做函數的一種實現方式，阻塞方式下讀寫函數一直等待，而非阻塞方式下，讀寫函數會當即返回一個狀態值。

因此，I/O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I/O操做後，必須等待I/O操做的完成，只有當真正完成了I/O操做之後，用戶進程才能運行。JAVA傳統的I/O模式屬於此種方式。

同步非阻塞（NIO）：

在此種方式下，用戶進程發起一個I/O操做之後即可返回作其餘事情，可是用戶進程須要時不時地詢問I/O操做是否就緒，這就要求用戶週期性地去詢問，從而引入沒必要要的CPU資源浪費。目前JAVA的NIO就屬於同步非阻塞I/O。

異步非阻塞（AIO）：

此種方式下是指用戶進程發起一個I/O操做之後，不等待內核I/O操做的完成，內核完成I/O操做之後會通知用戶進程。

同步阻塞I/O（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就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I/O（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。用戶進程須要時不時地詢問I/O操做是否就緒，這就要求用戶進程週期性地去詢問。

異步阻塞I/O （JAVA NIO）：

此種方式下是指應用發起一個I/O操做之後，不等待I/O操做的完成，內核完成I/O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，同步必須等待或主動地去詢問I/O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！

異步非阻塞I/O（JAVA AIO（NIO.2））：

此種方式下，用戶進程之須要發起一個I/O操做而後當即返回，等I/O操做真正地完成之後，應用程序會獲得I/O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I/O讀寫操做，由於真正的I/O讀寫操做已經由內核完成了。

BIO、NIO、AIO的適用場景分析：

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方式適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。