Java中BIO,NIO,AIO的理解

在高性能的IO体系设计中 有几个名词概念常常会使我们感到迷惑不解。具体如下  

8 什么是异步非阻塞

先来举个实例生活中的例子

如果你想吃一份宫保鸡丁盖饭

同步阻塞 你到饭馆点餐 然后在那等着 还要一边喊 好了没啊

同步非阻塞 在饭馆点完餐 就去遛狗了。不过溜一会儿 就回饭馆喊一声 好了没啊

异步阻塞 遛狗的时候 接到饭馆电话 说饭做好了 让您亲自去拿。

异步非阻塞 饭馆打电话说 我们知道您的位置 一会给你送过来 安心遛狗就可以了。

在弄清楚上面的几个问题之前 我们首先得明白什么是同步 异步 阻塞 非阻塞 只有这几个单个概念理解清楚了 然后在组合理解起来 就相对比较容易了。 

1,同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的。 

2,阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候 根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式 说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式 阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待 而非阻塞方式下 读取或者写入函数会立即返回一个状态值。  

由上描述基本可以总结一句简短的话 同步和异步是目的 阻塞和非阻塞是实现方式。 


1.同步 指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪。自己上街买衣服 自己亲自干这件事 别的事干不了。 
2.异步 异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情 而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知 异步的特点就是通知 告诉朋友自己合适衣服的尺寸 大小 颜色 让朋友委托去卖 然后自己可以去干别的事。 使用异步IO时 Java将IO读写委托给OS处理 需要将数据缓冲区地址和大小传给OS  
3.阻塞 所谓阻塞方式的意思是指, 当试图对该文件描述符进行读写时, 如果当时没有东西可读,或者暂时不可写, 程序就进入等待 状态, 直到有东西可读或者可写为止 去公交站充值 发现这个时候 充值员不在 可能上厕所去了 然后我们就在这里等待 一直等到充值员回来为止。 当然现实社会 可不是这样 但是在计算机里确实如此。  
4.非阻塞 非阻塞状态下, 如果没有东西可读, 或者不可写, 读写函数马上返回, 而不会等待 银行里取款办业务时 领取一张小票 领取完后我们自己可以玩玩手机 或者与别人聊聊天 当轮我们时 银行的喇叭会通知 这时候我们就可以去了。

一个IO操作其实分成了两个步骤 发起IO请求和实际的IO操作。 

同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞 如果实际的IO读写阻塞请求进程 那么就是同步IO。 
阻塞IO和非阻塞IO的区别在于第一步 发起IO请求是否会被阻塞 如果阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO 如果不阻塞 那么就是非阻塞IO。 

同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的 同步指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪 而异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情 而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知。而阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候 根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式 说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式 阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待 而非阻塞方式下 读取或者写入函数会立即返回一个状态值。 
所以,IO操作可以分为3类 同步阻塞 即早期的BIO操作 、同步非阻塞 NIO 、异步非阻塞 AIO 。 

同步阻塞(BIO)  
在此种方式下 用户进程在发起一个IO操作以后 必须等待IO操作的完成 只有当真正完成了IO操作以后 用户进程才能运行。JAVA传统的IO模型属于此种方式。 
同步非阻塞(NIO)
在此种方式下 用户进程发起一个IO操作以后便可返回做其它事情 但是用户进程需要时不时的询问IO操作是否就绪 这就要求用户进程不停的去询问 从而引入不必要的CPU资源浪费。其中目前JAVA的NIO就属于同步非阻塞IO。 
异步非阻塞(AIO)

此种方式下是指应用发起一个IO操作以后 不等待内核IO操作的完成 等内核完成IO操作以后会通知应用程序。

同步阻塞IO JAVA BIO  
   同步并阻塞 服务器实现模式为一个连接一个线程 即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理 如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销 当然可以通过线程池机制改善。 

同步非阻塞IO(Java NIO) 同步非阻塞 服务器实现模式为一个请求一个线程 即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上 多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。用户进程也需要时不时的询问IO操作是否就绪 这就要求用户进程不停的去询问。 

异步阻塞IO Java NIO   
   此种方式下是指应用发起一个IO操作以后 不等待内核IO操作的完成 等内核完成IO操作以后会通知应用程序 这其实就是同步和异步最关键的区别 同步必须等待或者主动的去询问IO是否完成 那么为什么说是阻塞的呢 因为此时是通过select系统调用来完成的 而select函数本身的实现方式是阻塞的 而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄 如果从UNP的角度看 select属于同步操作。因为select之后 进程还需要读写数据 从而提高系统的并发性   

Java AIO(NIO.2) 异步非阻塞IO:  
   在此种模式下 用户进程只需要发起一个IO操作然后立即返回 等IO操作真正的完成以后 应用程序会得到IO操作完成的通知 此时用户进程只需要对数据进行处理就好了 不需要进行实际的IO读写操作 因为真正的IO读取或者写入操作已经由内核完成了。  

BIO、NIO、AIO适用场景分析: 
    BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构 这种方式对服务器资源要求比较高 并发局限于应用中 JDK1.4以前的唯一选择 但程序直观简单易理解。 
    NIO方式适用于连接数目多且连接比较短 轻操作 的架构 比如聊天服务器 并发局限于应用中 编程比较复杂 JDK1.4开始支持。 
    AIO方式使用于连接数目多且连接比较长 重操作 的架构 比如相册服务器 充分调用OS参与并发操作 编程比较复杂 JDK7开始支持。