今日总结 – BIO、NIO、AIO

1. 阻塞和非阻塞

线程访问资源,对于该资源没有准备就绪的一种处理方式,关注的是 程序在等待调用结果时(消息、返回值)的状态

阻塞:持续等待这个资源处理完毕。直到线程响应返回结果,线程一直处于阻塞状态,不可以去做任何事情。

非阻塞:不会持续地等待资源处理完毕,而是会直接返回一个结果,可以去请求别的资源。

2. 同步和异步

同步和异步是指访问数据的一种机制,关注点在于 消息通信机制

同步:发送一个请求,等待返回,再发送下一个请求,同步可以避免出现死锁,脏读的发生。

异步:发送一个请求,不等待返回,随时可以再发送下一个请求,可以提高效率,保证并发。

以上的两组概念可以两两组合,就组合了我们熟悉的BIO、NIO、AIO。

3. 同步阻塞I/O(Block IO)

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,可以通过线程池机制来改善。BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务端资源要求比较高,并发局限于应用中,在jdk1.4以前是唯一的io现在,但程序直观简单易理解。

4. 同步非阻塞I/O(NIO):

同步非阻塞I/O,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IO请求时才启动一个线程进行处理。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。

使用Selector的好处在于: 使用更少的线程来就可以来处理通道了, 相比使用多个线程,避免了线程上下文切换带来的开销

以下是NIO的一个模型图

客户端和服务端要建立连接的时候,要先注册到多路复用器上,每一个连接建立后都会建立一个Channel来进行数据的读写,而Channel与客户端服务端进行数据交互的时候又必须经过Buffer缓冲区。这是一种非阻塞的读取,多路复用器轮询到连接有IO请求时才启动一个线程进行处理。多路复用器其实是一个单线程,性能很高。Buffer中的数据被读取后不会消失(区别于Stream)。

5. 异步非阻塞I/O(AIO):

异步非阻塞I/O,服务器实现模式为一个有效请求一个线程,客户端的IO请求都是由操作系统先完成了再通知服务器用其启动线程进行处理。AIO方式适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,jdk1.7开始支持。

接下来用一个有味道的例子来描述一下以上的IO模型

  • BIO:去上厕所,坑位全满,此时我光等着,什么都不能做。主动观察哪个坑位好了,只要有坑位释放了,我就去占坑。
  • NIO:厕所的坑全满了,此时我可以去做点别的事情,然后再时不时的 主动去看 (Selector主动轮询)有没有坑位释放,如果有坑了就去占坑。
  • 异步阻塞:坑位全满,我在厕所里什么都不做,等别人来通知我,我再去占坑。
  • AIO:我在厕所外做别的事,等有人来通知我了我再去占坑。
正文完