一、基本概念
IO:阻塞IO
BIO:同步阻塞IO。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需要启动一个线程进行处理,如果这个链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。
NIO:同步非阻塞IO,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IO请求时才启动一个线程进行处理。用户进程也需要时不时的询问IO操作是否就绪,这需要用户进行不停的去询问。NIO的包括三个核心概念:缓冲区(Buffer)、通道(Channel)、选择器(Selector)。
AIO:Asynchronous IO,异步非阻塞AIO。最大的特性时具有异步能力,这种能力对socket与文件I/O都起作用。AIO其实是一种在读写操作结束之前允许进行其他操作的I/O处理。
二、区别
(1)NIO和IO的主要区别
(2)BIO,NIO,AIO对比
三、应用场景
BIO: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之前的唯一选择, 但是程序简单直观容易理解。
NIO:适用于连接数目多且连接比较短(轻操作)的架构,比如聊推荐服务器,并发局限于应用中,编程比较复杂,JDK1.4开始支持。
AIO:适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,JDK1.7开始支持。
NIO能解决什么问题?
NIO采用的是一种多路复用的机制,利用单线程轮询事件,高效定位就绪的Channel来决定做什么,只是Select阶段是阻塞式的,能有效避免大量连接数时,频繁线程的切换带来的性能或各种问题。
首先,Requester方通过Selector.open()创建了一个Selector准备好了调度角色。
创建了SocketChannel(ServerSocketChannel) 并注册到Selector中,通过设置key(SelectionKey)告诉调度者所应该关注的连接请求。
阻塞,Selector阻塞在select操作中,如果发现有Channel发生连接请求,就会唤醒处理请求。
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NIO同步非阻塞式IO
对比BIO的同步阻塞IO操作,实际上NIO是同步非阻塞IO,一个线程在同步的进行轮询检查,Selector不断轮询注册在其上的Channel,某个Channel上面发生读写连接请求,这个Channel就处于就绪状态,被Selector轮询出来,然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合,进行后续的I/O操作。
同步和异步说的是消息的通知机制,这个线程仍然要定时的读取stream,判断数据有没有准备好,client采用循环的方式去读取(线程自己去抓去信息),CPU被浪费。
非阻塞:体现在,这个线程可以去干别的,不需要一直在这等着。Selector可以同时轮询多个Channel,因为JDK使用了epoll()代替传统的select实现,没有最大连接句柄限制。所以只需要一个线程负责Selector的轮询,就可以接入成千上万的客户端
AIO
是在NIO的基础上引入异步通道的概念,实现异步非阻塞式的IO处理
AIO不需要通过多路复用器对注册的通道进行轮询操作即可实现异步读写。什么意思呢?NIO采用轮询的方式,一直在轮询的询问stream中数据是否准备就绪,如果准备就绪发起处理。但是AIO就不需要了,AIO框架在windows下使用windows IOCP技术,在Linux下使用epoll多路复用IO技术模拟异步IO, 即:应用程序向操作系统注册IO监听,然后继续做自己的事情。操作系统发生IO事件,并且准备好数据后,在主动通知应用程序,触发相应的函数(这就是一种以订阅者模式进行的改造)。由于应用程序不是“轮询”方式而是订阅-通知方式,所以不再需要selector轮询,由channel通道直接到操作系统注册监听。
NIO(AIO)中几个概念
缓冲区 Buffer:NIO基于块进行数据处理,在NIO中所有数据的读取都是通过缓冲Buffer进行处理。
具体的缓存区有这些:ByteBuffe、CharBuffer、 ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。他们实现了相同的接口:Buffer。
通道 Channel:对数据的读取和写入要通过Channel通道。通道不同于流的地方就是通道是双向的,用于读、写和同时读写操作。底层的操作系统的通道一般都是全双工的,全双工的Channel比流能更好的映射底层操作系统的API。
多路复用器 Selector:Selector提供选择已经就绪的任务的能力:
Selector轮询注册在其上的Channel,如果某个Channel发生读写请求并且Channel就处于就绪状态,会被Selector轮询出来,然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合,进行后续的I/O操作。(同步)
一个Selector可以同时轮询多个Channel,因为JDK使用了epoll()代替传统的select实现,所以没有最大连接句柄1024/2048的限制。所以,只需要一个线程负责Selector的轮询,就可以接入成千上万的客户端。(非阻塞)
NIO和AIO
NIO:会等数据准备好后,再交由应用进行处理,数据的读取/写入过程依然在应用线程中完成,只是将等待的时间剥离到单独的线程中去,节省了数据准备时间,因为多路复用机制,Selector会得到复用,对于那些读写过程时间长的,NIO就不太适合。
AIO:读完(内核内存拷贝到用户内存)了系统再通知应用,使用回调函数,进行业务处理,AIO能够胜任那些重量级,读写过程长的任务。
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原文链接:https://blog.csdn.net/lisha006/article/details/82856906
原文链接:https://blog.csdn.net/qq_28323595/article/details/88909278