BIO、NIO、AIO网络编程

概述

IO

• IO是输入和输出的缩写. Java的IO包主要关注的是从目标媒介读取数据以及输出数据到目标媒介，目标媒介包括:
  文件
  管道(线程内部通信)
  网络连接
  内存缓存
  标准输入、输出和错误输出

• 输出操作
  

• 输入操作
  

流

• 流从概念上来说是一个连续的数据流。在Java IO中流既可以是字节流(以字节为单位进行读写)，也可以是字符流(以字符为单位进行读写，如Reader/Writer)。你既可以从流中读取数据，也可以往流中写数据。流媒介相关联,原先在目标媒介上的操作都变为对流的操作。InpusStream作为媒介的输入操作的代理， OutputStream作为目标媒介的输出操作的代理,原先在数据源和目标媒介上的操作都转化到了流上的操作。
• 输出操作
  
• 输入操作
  

套接字

• Socket用于描述IP地址和端口, 是一个通信链的句柄。应用程序通常通过”套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。
  以J2SDK-1.3为例，Socket和ServerSocket类库位于java.net包中。ServerSocket用于服务器端，Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个Socket实例，操作这个实例，完成所需的会话。对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。
  从简而论，Socket是作为和更底层的网络设备(网卡)的代理而存在的。

网络编程

IO操作时的目标媒介是套接字的特殊场景,即网络IO特指它的的目标媒介是套接字。它是为不同进程(不限于不同终端间)之间的通信而存在的。由于目标媒介是Socket，它是面向网络的，任何异常的网络状态都会影响到网络IO的操作(包括它的读写速度)

BIO
同步阻塞式IO。BIO是最早的IO操作的API，执行路程如下(每一步操作都是阻塞式的)：

Domo:

NIO

• 同步非阻塞式IO。NIO是第二代IO操作的API，它不再让开发人员直接操作Socket，而是增加了加新的概念:Selector、Channel、Buffer，开发人员使用的都是这几个新的对象。

Channel:

• Channel通道是对Socket功能的增强，原先在Socket上的操作在NIO中都变为Channel了。原先在Socket上的操作，都可以在Channel上找到替代的方式。
  Channel新增了即时查询与Channel关联的Socket的状态(读取准备就绪、写入准备就绪、可接收新连接、有新连接)

Buffer:

• Buffer缓冲是作为Channel和业务模块之间的中介的角色，NIO的API不提供直接往Channel中读取和写入数据，只能在Buffer和Channel之间读写数据，或者直接和Buffer做读写操作。

SelectionKey

• SelectionKey是Channel上下文对象，他提供Channel关联一个与自己相关的对象，以及对于Channel状态的查询，可以即时查询Channel的状态(读取准备就绪、写入准备就绪、可接收新连接、是否可连接)。
• 我们可以根据SelectionKey来查看Channel是否准备就绪了，如果没有准备就绪则直接跳过它的处理，等到它准备就绪之后再操作，避免了阻塞线程。

Selector:

• Selector选择器，NIO的最核心组件，支持多路复用(同时管理多个Channel)，使用方法是向Selector中注册Channel并且指定特定的状态，之后Selector.select()方法可以即时返回特定状态的SelectionKey集合(SelectionKey中可以获取Channel)。

• NIO在同步执行的情况下,只会对对应状态已经准备就绪的Channel做操作，防止了因为网络IO而让线程完全阻塞的情况：
  

Demo：

AIO

异步非阻塞IO,是最新的IO操作的API，他对于Channel的读写也是需要通过Buffer来操作的。但是它完全采用异步回调的方式，提供接收客户端Channel、从Channel读取数据、往Channel写入数据的回调时机，所有的流程都是通过监听这些时机来串联起来的：

Demo:

对比

API	BIO	NIO	AIO
调用方式	同步调用	同步调用	异步调用
读写方式	单个字节读取,阻塞线程	支持非阻塞，可读取字节块	非阻塞,可读取字节块
效率	低	高(linux没有性能问题)	高
易用性	简单	需要自己组织线程模型	不需要自己组织线程模型
调试难度	简单	简单	难(异步+线程模型)
第三方支持	未知	Mina、Netty	Talent-aio

demo代码

https://github.com/cx422803902/io.git