NIO、AIO概念理解和学习

1.Java NIO中的同步、异步、阻塞和非阻塞（非NIO2.0）

在不同的上下文环境中，Java NIO的模式可以说成是同步、异步、阻塞、非阻塞，关注点不同，结论不同，本文主要记录自己的理解。

• 为什么说是同步

• 按照UNIX网络编程模型的说法，Java NIO使用的I/O复用模型在select调用上发生了阻塞，因此不属于异步I/O，参见原文定义：

An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked.

• 数据准备好（就绪）后，用户线程仍需要主动同步进行I/O读写操作，而真正的异步I/O模型下，用户线程不参与拷贝读写，如下图：

• 为什么说是异步

  • 用户线程注册事件处理器Selector之后可以继续执行做其他的工作，而Selector线程负责调用内核的select函数检查socket状态。当有socket被激活时，则通知相应的用户线程（或执行用户线程的回调函数），执行handle_event进行数据读取、处理的工作。这种通知调用方式属于异步调用。

  • NIO类库支持非阻塞读和写操作，相比于同步阻塞读写，是异步的，这里的异步和非阻塞是同义语

• 为什么说是阻塞

  • select调用是阻塞的，如下图：

    
    
    
  • NIO类库也支持通道的阻塞模式（configureBlocking方法设置为true），但是如果向一个或多个选择器注册了此通道，则尝试将此通道置于阻塞模式将导致抛出 IllegalBlockingModeException，一般设置为非阻塞。

• 为什么说是非阻塞

  • NIO类库支持非阻塞读和写操作，向选择器selector注册的通道一般为非阻塞模式

2.关于非阻塞读写

• 这里所说的非阻塞是针对I/O模型里面的数据拷贝阶段，如recvfrom函数调用，而不是非阻塞I/O模型（图6.6）

• 这里所说的非阻塞是指socket函数本身（如recvfrom）可以设置为阻塞和非阻塞模式，阻塞模式意味着必须要做完IO操作（包括错误）才会返回。 非阻塞模式下无论操作是否完成都会立刻返回，需要通过其他方式来判断具体操作是否成功

• 对于读而言：阻塞和非阻塞I/O的区别在于没有数据到达的时候是否立刻返回

• 对于写而言：在阻塞I/O的情况是会一直等待直到write完全部的数据再返回，这个和阻塞读有区别。非阻塞写的情况下，是采用可以写多少就写多少的策略

3. 关于异步I/O（NIO2.0）

• 为什么说AIO是真正的异步I/O
  当用户线程收到通知时，数据已经被内核读取完毕，并放在了用户线程指定的缓冲区内，内核在IO完成后通知用户线程直接使用即可，在整个过程中，用户线程除了发起请求之外未参与任何I/O相关的操作，也并未被任何函数阻塞。

• AIO与NIO的区别，在Client端体现为用户线程得到通知的时间点

在NIO中，当发生相应读写事件时，用户线程得到通知，表明数据已就绪，开始同步调用非阻塞读写函数，Java API如下：

java.nio.channels.SocketChannel.read(ByteBuffer dst)
java.nio.channels.SocketChannel.write(ByteBuffer src)

在AIO中，当发生相应事件时，用户线程得到通知，表明I/O操作已经由操作系统异步完成，用户线程只需事先向内核申明I/O缓冲区、注册handler并定义回调的completed方法即可，Java API如下：

java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel.read(ByteBuffer dst, ByteBuffer attachment, CompletionHandler handler)
java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel.write(ByteBuffer src, ByteBuffer attachment, CompletionHandler handler)

• AIO与NIO的区别，在Server端体现为Reactor/Proactor的区别，在NIO中，监控的事件通常为数据的到达；在AIO中，监控的是事件通常为I/O的完成

4. 参考资料

网络编程常见问题总结
Scalable IO in Java
高性能IO模型浅析
两种高性能I/O设计模式(Reactor/Proactor)的比较