Netty序章之BIO NIO AIO演变

一、BIO
1、BIO是什么？

BIO 全称Block-IO 是一种阻塞同步的通信模式。我们常说的Stock IO 一般指的是BIO。是一个比较传统的通信方式，模式简单，使用方便。但并发处理能力低，通信耗时，依赖网速。

2、BIO 设计原理：

服务器通过一个Acceptor线程负责监听客户端请求和为每个客户端创建一个新的线程进行链路处理，是一个典型的一请求一应答模式。

若客户端数量增多，频繁地创建和销毁线程会给服务器打开很大的压力。后改良为用线程池的方式代替新增线程，被称为伪异步IO。

服务器提供IP地址和监听的端口，客户端通过TCP的三次握手与服务器连接，连接成功后，双放才能通过套接字(Stock)通信。

小结：

• BIO模型中通过Socket和ServerSocket完成套接字通道的实现。阻塞，同步，建立连接耗时。
• BIO一个连接一个线程，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。线程开销大。
• BIO是面向流的它将数据直接写入或读取到Stream对象中。

二、NIO
1、NIO是什么？

NIO 全称New IO，也叫Non-Block IO 是一种非阻塞同步的通信模式。

与BIO中套接字的Socket类和ServerSocket类相对应，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。这两种新增的通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。

阻塞模式使用非常简单，但是性能和可靠性都不好，非阻塞模式则正好相反。幵发人员一般可以根据自己的需要来选择合适的模式，一般来说，低负载、低并发的应用程序可以选择同步阻塞I/O以降低编程父杂度，但是对于高负载、高并发的网络络应用，需要使用NIO的非堵塞模式迸行幵发。

2、NIO 设计原理

NIO 相对于BIO来说一大进步。客户端和服务器之间通过Channel通信。NIO可以在Channel进行读写操作。这些Channel都会被注册在Selector多路复用器上。Selector通过一个线程不停的轮询这些Channel。找出已经准备就绪的Channel执行IO操作。NIO 通过一个线程轮询，实现千万个客户端的请求，这就是非阻塞NIO的特点。

小结：

• BIO是将数据直接写入或读取到Stream对象中。而NIO的数据操作都是在缓冲区中进行的。缓冲区实际上是一个数组。Buffer最常见的类型是ByteBuffer，另外还有CharBuffer，ShortBuffer，IntBuffer，LongBuffer，FloatBuffer，DoubleBuffer。
• NIO可以通过Channel进行数据的读，写和同时读写操作。通道与流之间不同之处是通道是双向的，流只能一个方向移动（一个流必须是InputStream或者OutputStream的子类）。 通道分为两大类：一类是网络读写（SelectableChannel），一类是用于文件操作（FileChannel），我们使用的SocketChannel和ServerSocketChannel都是SelectableChannel的子类。
• NIO多路复用器(Selector)提供选择已经就绪的任务的能力。就是Selector会不断地轮询注册在其上的通道（Channel），如果某个通道处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以取得就绪的Channel集合，从而进行后续的IO操作。服务器端只要提供一个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万个客户端。
• NIO的特点：事件驱动模型、单线程处理多任务、非阻塞I/O，I/O读写不再阻塞，而是返回0、基于block的传输比基于流的传输更高效、更高级的IO函数zero-copy、IO多路复用大大提高了Java网络应用的可伸缩性和实用性。基于Reactor线程模型。

三、AIO
1、AIO是什么

AIO 也叫NIO2.0 是一种非阻塞异步的通信模式。在NIO的基础上引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。AIO 并没有采用NIO的多路复用器，而是使用异步通道的概念。其read，write方法的返回类型都是Future对象。而Future模型是异步的，其核心思想是：去主函数等待时间。

小结：

• AIO模型中通过AsynchronousSocketChannel和AsynchronousServerSocketChannel完成套接字通道的实现。非阻塞，异步。

四、总结

1.BIO、NIO和AIO的区别？

• BIO：阻塞同步通信模式，客户端和服务器连接需要三次握手，使用简单，但吞吐量小；一个连接一个线程，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。线程开销大。伪异步IO：将请求连接放入线程池，一对多，但线程还是很宝贵的资源。
• NIO：非阻塞同步通信模式，客户端与服务器通过Channel连接，采用多路复用器轮询注册的Channel。提高吞吐量和可靠性。即一个请求一个线程，但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。
• AIO：非阻塞异步通信模式，NIO的升级版，采用异步通道实现异步通信，其read和write方法均是异步方法。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。
• BIO是面向流的，NIO是面向缓冲区的；BIO的各种流是阻塞的。而NIO是非阻塞的；BIO的Stream是单向的，而NIO的channel是双向的。

2、什么是同步阻塞BIO，同步非阻塞NIO，异步非阻塞AIO？

• 同步阻塞IO : 用户进程发起一个IO操作以后，必须等待IO操作的真正完成后，才能继续运行。

• 同步非阻塞IO: 用户进程发起一个IO操作以后，可做其它事情，但用户进程需要经常询问IO操作是否完成，这样造成不必要的CPU资源浪费。

• 异步非阻塞IO:
  用户进程发起一个IO操作然后，立即返回，等IO操作真正的完成以后，应用程序会得到IO操作完成的通知。类比Future模式。