还不懂BIO,NIO,AIO吗

本文主要是介绍还不懂BIO,NIO,AIO吗，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

BIO（Blocking I/O）、NIO（Non-blocking I/O）和 AIO（Asynchronous I/O）是 Java 中三种不同的 I/O 模型，主要用于处理输入 / 输出操作。

一、BIO（Blocking I/O）

1. 定义与工作原理：

   • BIO 即阻塞式 I/O（同步阻塞，传统IO）。在这种模型下，当一个线程发起一个 I/O 操作（如读取文件或网络数据）时，此线程会被阻塞，直到操作完成才返回。

   • 例如，当一个程序使用 BIO 从网络读取数据时，发起读取操作的线程会一直等待数据到来，在此期间不能进行其他操作。

2. 缺点：

   • 代码中的read，accept操作时阻塞操作，如果客户端连接服务器后，服务器不发送数据，将会一直阻塞当前线程，浪费资源

   • 若连接数很多，创建的线程数量也多，服务器压力很大，后续优化成线程池处理方式，勉强解决了此问题。

3. 适用场景：

   • 适用于连接数目比较小且固定的架构，这种模式对服务器资源要求较高，但程序复杂度比较低。

   • 例如，一些简单的文件传输程序或者小型的服务器应用，连接数量有限且对性能要求不高。

   • Socket通信

二、NIO（Non-blocking I/O）

NIO在BIO的基础上进行了升级，将阻塞换成非阻塞，虽然只是模式变了下，但是代码复杂量却增加了不少。在NIO模型中，服务端可以开启一个线程处理多个连接，它是非阻塞的，客户端发送的数据都会注册到多路复用器selector上面，当selector (selector的select方法是阻塞的)轮询到有读、写或者连接请求时，才会转发到后端程序进行处理，没有数据的时候，业务程序并不需要阻塞等待。

数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。

1. 定义与工作原理：

   • NIO 即非阻塞式 I/O（同步非阻塞）。在这种模型下，当线程发起一个 I/O 操作时，它不会被阻塞，而是立即返回。线程可以通过轮询的方式不断检查 I/O 操作是否完成。

   • 例如，使用 NIO 从网络读取数据时，线程发起读取操作后会立即返回，然后可以继续执行其他任务。过一段时间后，线程再回来检查读取操作是否完成。

2. 适用场景：

   • 适用于连接数目多且连接时间短的架构，比如聊天服务器等。

   • 例如，在一个高并发的即时通讯服务器中，可能同时有大量的客户端连接和断开。使用 NIO 可以在一个线程中处理多个连接的 I/O 操作，提高服务器的性能和可扩展性。

NIO有三大组件:

Channel(通道)、Buffer (缓存区)、Selector(选择器) Channel 类似于流，但是它是一个双向的流，他是连接服务端和客户端的通道，不管是客户端还是服务端，都可以使用通道进行读写数据。 Buffer 它就是一个缓冲区，用来存放数据的载体，它借助通道，在客户端和服务端之间传递数据 Selector 它对应一个或多个channel，客户端的连接都会注册到selector上面，然后由selector去调用后端处理程序

备注：

 Channel

首先说一下 Channel，国内大多翻译成“通道”。Channel 和 IO 中的 Stream(流)是差不多一个

等级的。只不过 Stream 是单向的，譬如：InputStream, OutputStream，而 Channel 是双向

的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。

NIO 中的 Channel 的主要实现有：

\1. FileChannel

\2. DatagramChannel

\3. SocketChannel

\4. ServerSocketChannel

这里看名字就可以猜出个所以然来：分别可以对应文件 IO、UDP 和 TCP（Server 和 Client）。

下面演示的案例基本上就是围绕这 4 个类型的 Channel 进行陈述的。

 Buffer

Buffer，故名思意，缓冲区，实际上是一个容器，是一个连续数组。Channel 提供从文件、

网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer。

上面的图描述了从一个客户端向服务端发送数据，然后服务端接收数据的过程。客户端发送

数据时，必须先将数据存入 Buffer 中，然后将 Buffer 中的内容写入通道。服务端这边接收数据必

须通过 Channel 将数据读入到 Buffer 中，然后再从 Buffer 中取出数据来处理。

在 NIO 中，Buffer 是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的 Buffer 的子类有：

ByteBuffer、IntBuffer、 CharBuffer、 LongBuffer、 DoubleBuffer、FloatBuffer、

ShortBuffer

 Selector

Selector 类是 NIO 的核心类，Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事

件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来，只是用一个单线程就可

以管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用

函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护

多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销

三、AIO（Asynchronous I/O）

1. 定义与工作原理：

   • AIO 即异步 I/O。在这种模型下，当线程发起一个 I/O 操作后，它不需要等待操作完成，而是注册一个回调函数。当 I/O 操作完成时，系统会自动调用回调函数通知线程。

   • 例如，使用 AIO 从网络读取数据时，线程发起读取操作并注册一个回调函数，然后可以继续执行其他任务。当数据读取完成后，系统会自动调用回调函数，将数据传递给线程进行处理。

2. 适用场景：

   • 适用于连接数目多且连接时间长的架构，对性能要求较高的场景。

   • 例如，大规模数据传输、高性能的文件服务器等。在这些场景下，AIO 可以充分发挥异步操作的优势，提高系统的吞吐量和响应速度。

四、区别总结

其实NIO基于BIO，AIO基于NIO，后面技术大多都基于NIO实现，如Netty

1. 阻塞方式：

   • BIO 是完全阻塞的，线程在 I/O 操作期间一直等待。

   • NIO 是非阻塞的，线程可以在 I/O 操作期间执行其他任务，但需要不断轮询检查操作是否完成。

   • AIO 是异步的，线程在发起 I/O 操作后无需等待，而是通过回调函数获取结果。

2. 线程使用：

   • BIO 通常为每个连接创建一个线程，资源消耗较大。

   • NIO 可以使用一个或几个线程处理多个连接，通过轮询的方式管理 I/O 操作。

   • AIO 通常由系统内核管理异步操作，减少了线程的开销。

3. 适用场景：

   • BIO 适用于连接数量少、对性能要求不高的场景。

   • NIO 适用于连接数量较多、连接时间短的场景。

   • AIO 适用于连接数量多、连接时间长、对性能要求高的场景。

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