NIO&AIO編程模型

NIO線程模型

什麼是NIO線程模型?

上圖是NIO的線程模型,  基於select實現,   這種線程模型的特色:  多條channel經過一個選擇器和單挑線程綁定, 而且在這種編程模型中, Channel中相關業務邏輯不容許存在耗時的任務 , 若是必定會有耗時的邏輯, 請將它們放置到線程池中去運行,  由於這種模型雖然作到了非阻塞, 可是他並非真正的異步編程, 任何channel上的任何耗時的操做, 都會拖垮這個選擇器, 進而拖垮整條線程 , 這也是爲啥它會被稱爲 同步非阻塞

　什麼是同步?

• 其一: 由於當channel中出現了耗時的操做時, 其餘的channel不得不一樣步等待
• 其二: 從編碼上看: NIO編程中 服務端的select() 會同步等待選擇器感興趣的事件發生
• 其三: 從操做系統的角度上看, 程序使用的數據來自 網卡 -> 操做系統的內核緩衝區 -> 用戶區, 當數據進入用戶區後java程序即可以對其進行讀寫操做, 所謂同步就是: 數據進入用戶區的過程當中,NIO編程模型須要同步並不停的詢問

NIO線程模型的優勢

NIO線程線程模型相對於傳統的BIO來講, 最大的優點就是在於 NIO線程模型中單條線程可同時爲N個用戶(Channel)服務, 而BIO編程模型讓人詬病的地方就是, 任何一個新鏈接接入, 服務器都得爲他開啓不止一條新的線程去運行它, 這種BIO系統中, 併發確定不會很高

NIO適用場景:

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 (Asynchronous Input/Output )模型

什麼是AIO?

AIO是(jdk1.7) 發行的 異步IO編程模型, 真正實現了異步IO, 基於Linux系統的 Epoll 機制實現

不管是NIO, 仍是AIO底層都沒有改變網絡通訊的基本步驟, 而是在這個基礎上進行了一系列的升級

AIO的底層實現是由操做系統完成的, 數據在內核空間&用戶空間的遷移, 咱們在編寫代碼時也是這樣, 只須要調用 AIO.read() 或者是 AIO.write() 便可, 換句話說, 咱們的業務邏輯就成了 回調, 原來在操做系統處理數據的這個過程當中, 咱們的程序須要阻塞等待着, 亦或者放在線程池中運行, 而在AIO編程中這段等待時間差被省去了, 由於當操做系統認爲數據還有沒準備完時, 它是不會打擾咱們的程序的, 這時咱們的程序能夠去處理其餘的邏輯, 而一旦操做系統認爲數據齊全了, 他就會回調咱們的提供的回調函數

• 對應操做系統來講, 當有流數據可讀時, 操做系統會將流傳入到read方法的緩衝區, 而後回調相關的 CompletionHandler
• 對於寫操做而言, 操做系統會將程序中Buffer裏面數據寫入到從用戶空間寫入到系統空間 再寫入到網卡中, 寫入完畢, 一樣會回調相關的回調函數

AIO編程Server端的示例

下面貼出來一個AIO編程Server端的實例:

像下面的 read() write() accept() 全是異步的, 一經調用即刻返回, 不同的地方是咱們會提供一個回調對象, 留給操做系統, 當操做系統認爲讀寫數據都到位了, 就會去回調這些函數

public class AIOServer {
    private ExecutorService executorService;

    // 服務端的Channel
    private AsynchronousServerSocketChannel asynchronousServerSocketChannel;

    private AIOServer(int port) {
        init(port);
    }

    // 初始化
    private void init(int port) {
        System.out.println("aio server start with port " + port);

        executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

        try {
            // 開啓服務端的通道
            asynchronousServerSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open();
            // 綁定端口
            asynchronousServerSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));
            System.out.println("server start ... ");

            /**
             *  方法會異步的去接收一個請求, accept()一樣是
             *  參數1 : this , 暫時理解成任意類型的
             *  參數2 : CompleteHandler -- 當請求到來後,會交付給 AIOServerHandler進行處理
             *
             * todo 在 AIO中的監聽並非while(true), 而是相似遞歸的操做, 每次監聽到客戶端的請求後, 都須要在處理邏輯中開啓下一次的監聽
             */
            asynchronousServerSocketChannel.accept(this, new AIOServerHandler());
            System.out.println("------------------------------");
            // 阻塞程序
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(60);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public AsynchronousServerSocketChannel getAsynchronousServerSocketChannel() {
       return this.asynchronousServerSocketChannel;
    }

    public static void main(String[] args) {
        AIOServer aioServer = new AIOServer(9999);
    }
}

AIO的適用場景

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。

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