对Java BIO、NIO、AIO 学习

拼搏现实的明天。 2022-09-30 12:53 107阅读 0赞

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# 一、Java对BIO、NIO、AIO的支持 #

*  Java BIO（Block I/O） ： 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。
 *  Java NIO(NON Block I/O) ： 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。
 *  Java AIO(NIO.2即Async非阻塞) ： 异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理，

# 二、BIO编程 #

## 2.1 BIO简介 ##

BIO的服务端通信模型：采用BIO通信模型的服务端，通常由一个独立的Acceptor线程负责监听客户端的连接，它接收到客户端连接请求之后为每个客户端创建一个新的线程进行链路处理没处理完成后，通过输出流返回应答给客户端，线程销毁。即典型的一请求一应答通宵模型。

![Center][]

该模型最大的问题就是缺乏弹性伸缩能力，当客户端并发访问量增加后，服务端的线程个数和客户端并发访问数呈1:1的正比关系，[Java][]中的线程也是比较宝贵的系统资源，线程数量快速膨胀后，系统的性能将急剧下降，随着访问量的继续增大，系统最终就死-掉-了。

# 三、 NIO编程 #

##    3.1 NIO简介 ##

NIO的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上面，所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定，当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的话，才开启一个线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式。

##    3.2  NIO模型 ##

![Center 1][]

** 运行过程：**

![Center 2][]

可以看到，创建NIO服务端的主要步骤如下：

> 1.   打开ServerSocketChannel，监听客户端连接
> 2.   绑定监听端口，设置连接为非阻塞模式
> 3.   创建Reactor线程，创建多路复用器并启动线程
> 4.   将ServerSocketChannel注册到Reactor线程中的Selector上，监听ACCEPT事件
> 5.   Selector轮询准备就绪的key
> 6.   Selector监听到新的客户端接入，处理新的接入请求，完成TCP三次握手，简历物理链路
> 7.   设置客户端链路为非阻塞模式
> 8.   将新接入的客户端连接注册到Reactor线程的Selector上，监听读操作，读取客户端发送的网络消息
> 9.   异步读取客户端消息到缓冲区
> 10.  对Buffer编解码，处理半包消息，将解码成功的消息封装成Task
> 11.  将应答消息编码为Buffer，调用SocketChannel的write将消息异步发送给客户端

# 四、AIO编程 #

##           4.1AIO简介 ##

与NIO不同，当进行读写操作时，只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的，对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；对于写操作而言，当操作系统将write方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。  即可以理解为，read/write方法都是异步的，完成后会主动调用回调函数。  在JDK1.7中，这部分内容被称作NIO.2，主要在[Java][].nio.channels包下增加了下面四个异步通道：

*  AsynchronousSocketChannel
 *  AsynchronousServerSocketChannel
 *  AsynchronousFileChannel
 *  AsynchronousDatagramChannel

其中的read/write方法，会返回一个带回调函数的对象，当执行完读取/写入操作后，直接调用回调函数。

# 五、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。

java源码：[http://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51512200][http_blog.csdn.net_anxpp_article_details_51512200]

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[Java]: http://lib.csdn.net/base/javase
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[http_blog.csdn.net_anxpp_article_details_51512200]: http://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51512200