一、阻塞镣陕？同步征唬？
可能大家平常會(huì)經(jīng)常聽(tīng)到這兩個(gè)名詞，但是沒(méi)花太多心思詳細(xì)了解茁彭，今天就來(lái)揭開(kāi)這層面紗。
一次IO操作扶歪，以read方法舉例理肺，會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)階段：
（1）等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(Waitingfor the data to be ready)
是否阻塞指的就是這一個(gè)階段。
（2）將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到進(jìn)程中(Copying the data from the kernel to the process)
是否同步指的就是這一個(gè)階段善镰。
二妹萨、BIO
即blocking IO，阻塞式IO炫欺，大家最為熟悉的IO流乎完，經(jīng)常用于操作網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，文件讀寫(xiě)之類(lèi)品洛。按讀取類(lèi)型可分為兩大類(lèi)：字符流树姨，字節(jié)流。詳情圖如下：
附上普通I/O（BIO）的讀流程圖示：
當(dāng)左邊的應(yīng)用進(jìn)程發(fā)出了“system call”命令后桥状，kernel首先進(jìn)入第一階段“wait for data”帽揪，然后再進(jìn)入第二階段“copying the data”，最后“return OK”返回到用戶(hù)進(jìn)程中辅斟，即BIO在兩個(gè)階段都是阻塞block的转晰，阻塞并同步。
三士飒、NIO
即non-blocking IO查邢，也叫做new IO，因?yàn)槭荖IO是JDK 1.4的java.nio.*包中引入的新I/O庫(kù)酵幕，目的是提高速度扰藕，也是對(duì)之前的BIO一個(gè)補(bǔ)充完善。
NIO的三個(gè)重點(diǎn)裙盾，重中之重的是：
1. channel（通道）
連接data數(shù)據(jù)與buffer緩存區(qū)的橋梁实胸。
- 既可以從通道中讀取數(shù)據(jù)，又可以寫(xiě)數(shù)據(jù)到通道番官。但流的讀寫(xiě)通常是單向的庐完。
- 通道可以異步地讀寫(xiě)。
- 通道中的數(shù)據(jù)總是要先讀到一個(gè)Buffer徘熔，或者總是要從一個(gè)Buffer中寫(xiě)入门躯。
2. Buffer（緩沖區(qū)）
用于和NIO通道進(jìn)行交互。如圖所示酷师，數(shù)據(jù)是從通道讀入緩沖區(qū)讶凉，從緩沖區(qū)寫(xiě)入到通道中的染乌。
3. Selector（選擇器）
是Java NIO中能夠檢測(cè)一到多個(gè)NIO通道，并能夠知曉通道是否為諸如讀寫(xiě)事件做好準(zhǔn)備的組件懂讯，如此一個(gè)單獨(dú)的線程可以管理多個(gè)channel荷憋，從而管理多個(gè)連接。
由于selector的原因褐望，可以將NIO簡(jiǎn)單區(qū)分為兩種：普通的NIO勒庄，和多路復(fù)用的NIO（加入了selector管理）。通過(guò)下面兩張IO操作圖示簡(jiǎn)單說(shuō)明下兩者區(qū)別：
很明顯的可以觀測(cè)到NIO在IO操作的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)階段時(shí)有一個(gè)輪詢(xún)操作瘫里，會(huì)不停地發(fā)出“system call”到kernel輪詢(xún)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好实蔽，沒(méi)準(zhǔn)備好，應(yīng)用進(jìn)程可以處理其他事谨读，準(zhǔn)備好了之后在發(fā)出一個(gè)“system call”到kernel進(jìn)行第二個(gè)階段復(fù)制數(shù)據(jù)局装，這個(gè)過(guò)程是blocking的，所以NIO的特點(diǎn)就是在IO執(zhí)行的第一階段不會(huì)阻塞劳殖，但是在第二階段將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到進(jìn)程這個(gè)真是的IO操作還是會(huì)阻塞铐尚。
多路復(fù)用的NIO則是上述的普通NIO的補(bǔ)充，在并發(fā)量過(guò)大的情況下哆姻，不可能每個(gè)線程都要輪詢(xún)自己的IO狀態(tài)塑径，這時(shí)就可以使用selector管理所有的IO通道channel，之用開(kāi)啟一個(gè)線程填具，便可解決成千上萬(wàn)的高并發(fā)問(wèn)題(??ˇ?ˇ?)?
四统舀、AIO
NIO 2.0引入了新的異步通道的概念，并提供了對(duì)異步文件通道和異步套接字通道的實(shí)現(xiàn)劳景。（基于NIO）
Asynchronous IO誉简，字面意思即異步的IO，完全不阻塞盟广，那我們看看這個(gè)的read操作圖示：
通過(guò)圖示可以很清楚得發(fā)現(xiàn)闷串，如果是AIO發(fā)起read操作之后，kernel收到請(qǐng)求后會(huì)立即響應(yīng)應(yīng)用進(jìn)程application筋量，所以應(yīng)用進(jìn)程完全可以做其他的事烹吵，不會(huì)造成任何的block。待kernel第一桨武、二階段都已經(jīng)完成之后肋拔，會(huì)給應(yīng)用進(jìn)程發(fā)送一個(gè)signal，告訴它read操作已經(jīng)完成呀酸。所以AIO的特點(diǎn)是在IO的兩個(gè)階段都不會(huì)發(fā)生阻塞凉蜂，而是全權(quán)交給系統(tǒng)內(nèi)核才完成，內(nèi)核完成后通過(guò)信號(hào)告知應(yīng)用進(jìn)程即可。
五窿吩、各種I/O對(duì)比
| 屬性\模型 | 阻塞BIO | 非阻塞NIO | 異步AIO |
|---|---|---|---|
| blocking | 阻塞并同步 | 非阻塞但同步 | 非阻塞并異步 |
| 線程數(shù)（server:client） | 1:1 | 1：N | 0：N |
| 復(fù)雜度 | 簡(jiǎn)單 | 較復(fù)雜 | 復(fù)雜 |
| 吞吐量 | 低 | 高 | 高 |
具體使用得依據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和性能需求而定茎杂，如果客戶(hù)端很少，并發(fā)量不大纫雁，那么完全可以選擇BIO煌往，不過(guò)得加入線程池管理；相反要求并發(fā)較高的話(huà)轧邪，就應(yīng)該采用NIO框架了携冤。
六、簡(jiǎn)單總結(jié)
BIO闲勺、NIO、AIO概念認(rèn)知：
- Java BIO ： 同步并阻塞扣猫，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程菜循，即客戶(hù)端有連接請(qǐng)求時(shí)服務(wù)器端就需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理，如果這個(gè)連接不做任何事情會(huì)造成不必要的線程開(kāi)銷(xiāo)申尤，當(dāng)然可以通過(guò)線程池機(jī)制改善癌幕。
- Java NIO ： 同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程昧穿，即客戶(hù)端發(fā)送的連接請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到多路復(fù)用器上勺远，多路復(fù)用器輪詢(xún)到連接有I/O請(qǐng)求時(shí)才啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理。
- Java AIO(NIO.2) ： 異步非阻塞时鸵，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)有效請(qǐng)求一個(gè)線程胶逢，客戶(hù)端的I/O請(qǐng)求都是由OS先完成了再通知服務(wù)器應(yīng)用去啟動(dòng)線程進(jìn)行處理。
BIO饰潜、NIO初坠、AIO適用場(chǎng)景分析:
- BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高彭雾，并發(fā)局限于應(yīng)用中碟刺，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡(jiǎn)單易理解薯酝。
- NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)半沽，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中吴菠，編程比較復(fù)雜者填，JDK1.4開(kāi)始支持。
- AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長(zhǎng)（重操作）的架構(gòu)做葵，比如相冊(cè)服務(wù)器幔托，充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開(kāi)始支持重挑。
