Netty-基础篇(1)-网络IO，同步IO&异步IO，阻塞IO&非阻塞IO，BIO&NIO&AIO

高达00-人物

目录：

• 1、阻塞IO(Block IO)与非阻塞IO(Non-Block IO)

  • 1.1、阻塞IO(Block IO)与非阻塞IO(Non-Block IO)区别

  • 1.2、阻塞IO(Block IO)与非阻塞IO(Non-Block IO)类比

• 2、同步IO(Syn IO)与异步IO(Asyn IO)

  • 2.1、同步IO(Syn IO)和异步IO(Asyn IO)的对比

  • 2.2、同步IO和异步IO还是比较抽象，继续类比

  • 2.2、同步IO和异步IO 类比货车拉货

• 3、BIO、NIO、AIO

  • 3.1、BIO、NIO之间的对比

  • 3.2、对比之面向流与面向缓冲区

  • 3.3、对比之阻塞与非阻塞

  • 3.4、selector选择器问世

  • 3.5、NIO 和 BIO 读取磁盘数据的对比

  • 3.6、BIO、NIO、AIO应用场景

• 4、面试常见问题

  • 4.1、流按照传输的方向怎么分类？

  • 4.2、流按照传输的单位怎么分类？分成哪两种流,并且他们的父类叫什么？说一下常用的IO流？

  • 4.3、流按实现功能怎么分？

  • 4.4、FileInputStream和FileOutputStream 与 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream区别？

  • 4.5、flush() 方法的作用？

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1、阻塞IO(Block)与非阻塞IO(Non-Block)

1.1、阻塞IO(Block)与非阻塞IO(Non-Block)区别：

阻塞和非阻塞是服务端进程(线程)在访问数据的时候，数据是否准备就绪的一种处理方式：

• 阻塞(Block)：需要等待缓冲区中的数据准备好过后才处理其他的事情，否则一直等待在那里。
  • eg：SeverSocket 中的accept() 。
• 非阻塞(Non-Block)：进程访问数据缓冲区的时候，如果数据没有准备好则直接返回，不会等待。如果数据已经准备好，也直接返回。
  • nio 中的Selector 。

1.2、阻塞IO(Block IO)与非阻塞IO(Non-Block IO) 图解：

阻塞IO

非阻塞IO

2、同步IO (Syn IO)与异步IO (Asyn IO)

2.1、同步IO(Syn IO)和异步IO(Asyn IO)的对比：

同步和异步都是基于服务端处理请求采用的方式：

• eg：
  • 同步(Synchronization)：client发出请求到服务端，无论服务端是否阻塞以及其他情况，只要服务端同步返回结果，就认定是同步。
  • 异步(Asynchronous)：client发出请求到服务端，同步返回值中没有结果，Client只需要等待通知，收到通知后才能拉取结果，就是异步。

2.2、同步IO和异步IO还是比较抽象的，继续类比：

• 同步IO，可以类比客户端与服务端通信方式采用RPC方式，同步给返回结果。
• 异步IO，可以类比客户端与服务端通信方式采用MQ+RPC方式，异步给客户端一个通知，Client端再通过RPC同步返回结果。

2.3、同步IO和异步IO 类比生活中货车拉货：

同步IO

异步IO

3、BIO、NIO、AIO

3.1、Java BIO(Block IO)和 NIO(Non-Block IO)之间的主要差别异：

IO模型	BIO	NIO
通信	面向流	面向缓冲区（多路复用技术）
处理	阻塞IO（多线程）	非阻塞IO（反应堆Reactor）
触发	无	选择器（轮询机制）

• 3.2、对比之面向流与面向缓冲区

Java NIO 和 BIO 之间第一个最大的区别是，BIO 是面向流的，NIO 是面向缓冲区的。
Java BIO 面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。 如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。
Java NIO 面向缓冲区导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。

• 3.3、对比之阻塞与非阻塞

Java BIO 的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用 read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。
Java NIO 的非阻塞模式，使一个线程【boss线程】从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞， 所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。 线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其它通道上执行 IO 操作，所以一个单独的线程现【boss线程】在可以管理多个输入和输出通道(channel)。

• 3.4、selector选择器问世

Java NIO 的选择器(Selector)允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来选择通道：这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制， 使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

• 3.5、NIO 和 BIO 读取磁盘数据的对比

  • 3.5.1、java BIO模式读取磁盘数据：

/**
 * @description: java 阻塞IO从磁盘读取txt文件
 **/
public class ReadTxtDemo {

    private  static String fileName="/xxxx/io/bio/txt/source.txt";

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        readTxtFile(fileName);
    }

    private static void readTxtFile(String fileName) throws IOException {
        FileInputStream input = new FileInputStream(fileName);
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));
        while (true) {
            String str = reader.readLine();
            if(str!=null)
                System.out.println(str);
            else
                break;
        }

        reader.close();
        input.close();
    }

}

控制台输出：

name:biudefu
age:18
email:[email protected]
phone:18666666666

Process finished with exit code 0

BIO面向的是流

• 3.5.2、java NIO模式读取磁盘数据：

/**
 * @description: java 非阻塞IO，nio方式，读取磁盘文件
 **/
public class NioReadTxtDemo {

    private  static String fileName="/xxxx/txt/source.txt";

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        readTxtFile(fileName);
    }

    private static void readTxtFile(String fileName) throws IOException {
        FileInputStream f1 = new FileInputStream(fileName);
        FileChannel channel = f1.getChannel();
        ByteBuffer b1 = ByteBuffer.allocate(8);//初始化缓冲区大小
        int length ;
        while ((length = channel.read(b1)) != -1) {

            b1.clear();
            byte[] bytes = b1.array();
            System.out.write(bytes, 0, length);

        }

        channel.close();
    }

}

控制台输出：

name:biudefu
age:18
email:[email protected]
phone:18666666666
Process finished with exit code 0

NIO面向的是缓冲区

• 3.6、BIO、NIO、AIO应用场景

属性	同步阻塞IO	伪异步IO	非阻塞IO(NIO)	异步IO(AIO)
阻塞类型	阻塞	阻塞	非阻塞	非阻塞
同步类型	同步	同步	同步(多路复用)	异步
API使用难度	简单	简单	复杂	一般
调试难度	简单	简单	复杂	复杂
可靠性	非常差	差	高	高
吞吐量	低	中	高	高

4、Unix网络编程5种I/O模型 ！！！！！图有问题需要修改！！！！！！

• 4.1、阻塞I/O（准备数据+复制数据均是阻塞）（同步阻塞IO）

阻塞IO

• 4.2、非阻塞I/O（准备数据非阻塞，复制数据阻塞）（同步非阻塞IO）

非阻塞IO

• 4.3、多路复用I/O（准备数据+复制数据均是阻塞）（同步非阻塞IO）

多路复用IO

• 4.4、信号驱动I/O（准备数据非阻塞，复制数据阻塞）（异步非阻塞IO）

信号驱动IO

• 4.5、异步I/O（准备数据+复制数据均是非阻塞）（异步非阻塞IO）

异步IO

5、面试常见问题

• 5.1、流按照传输的方向怎么分类？

相对于内存来说，流按照传输方向，可以分为输入流InputStream、输出流OutputStream。

• 5.2、流按照传输的单位怎么分类？分成哪两种流,并且他们的父类叫什么？说一下常用的IO流？

流按照传输单位分为 字节流 和 字符流
字节流的抽象基类（父类）是：java.io.InputStream、java.io.OutputStream
字符流的抽象基类（父类）是：java.io.Reader 、java.io.Writer

• 5.3、流按实现功能怎么分？

按照功能分为：节点流 OutputStream、处理流 OutputStreamWriter
节点流 ：直接与数据源（文件等）相连，用于输入或输出。
处理流：在节点流的基础上对之进行加工，进行一些功能的扩展。
处理流的构造器必须要 传入节点流的子类。

• 5.4、FileInputStream和FileOutputStream 与 BufferedInputStream 和 BufferedOutputStream区别？

这是在拷贝文件操作的时候，经常用到的两个类。在处理小文件的时候，FileInputStream和FileOutputStream性能表现还不错，在大文件的时候，最好使用BufferedInputStream(或BufferedReader)和BufferedOutputStream(或BufferedWriter)。

• 5.5、flush() 方法的作用？

flush()方法可以强迫输出流(或缓冲的流)发送数据，即使此时缓冲区还没有填满，以此来打破这种死锁的状态。

• 5.6、什么是同步阻塞IO，什么是同步非阻塞IO，什么是异步阻塞IO？什么是异步非阻塞IO？

  • 同步阻塞IO：丢衣服->站在洗衣机前面，直到洗衣机洗完->再去晾衣服。
  • 同步非阻塞IO：丢衣服->去做其他事情，定时去看衣服是否洗完->洗完后自己去晾衣服。
  • 异步阻塞IO：丢衣服-> 站在洗衣机前面，直到洗衣机洗完，洗衣机会发出声响通知你->再去晾衣服。
  • 异步非阻塞IO：丢衣服-> 去做其他事情，衣服洗好会自动晾好，并且发出声音通知你晾好了。
    tips：同步&异步是指洗衣机会不会通知你。阻塞&非阻塞是指在洗衣服期间你还可不可以干别的？

• 5.6、IO模型有几种？分别是什么？

  • 阻塞 IO、非阻塞 IO、多路复用 IO、信号驱动 IO、异步 IO，其中前三种是同步，且内核数据 copy 到用户空间时是阻塞的。
  • 如上图IO五种模式。

• 5.7、五种IO模型在java中是如何支持的？

  • 同步阻塞IO：BIO中 当没有请求 or 没有响应（socket.accept()、socket.read()、socket.write()方法）函数无法进行有效的中断。
  • 同步非阻塞IO（多路复用IO）：NIO中 java.nio.channels.ServerSocketChannel 中的accept()等读写函数可以立刻返回。
  • 异步非阻塞IO：AIO中的java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel 中的accept()方法。