BIO、NIO、AIO、Netty 学习笔记

 

首先了解一下什么是IO？

Java中I/O是以流为基础进行数据的输入输出的，所有数据被串行化写入输出流。串行化就是数据要按顺序进行输入输出，也就是java通过io流方式和外部设备进行交互。

比如程序从服务器上下载图片，就是通过流的方式从网络上以流的方式到程序中，再到硬盘中。

同步与异步，阻塞与非阻塞的区别

同步，一个任务的完成之前不能做其他操作，必须等待（等于在打电话）。
异步，一个任务的完成之前，可以进行其他操作（等于在聊QQ）。
阻塞，是相对于CPU来说的， 挂起当前线程，不能做其他操作只能等待。
非阻塞,，无须挂起当前线程，可以去执行其他操作。

什么是BIO？

阻塞BIO（blocking I/O）。同步+阻塞，服务器实现一个连接一个线程，即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，没处理完之前此线程不能做其他操作。BIO方式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，有一定局限性。

例子：A拿着一支鱼竿在河边钓鱼，并且一直在鱼竿前等，在等的时候不做其他的事情，十分专心。只有鱼上钩的时，才结束掉等的动作，把鱼钓上来。整个过程不能做其他事情。

 

 

什么是NIO？

非阻塞NIO（noblocking I/O）。同步+非阻塞，服务器实现一个连接一个线程，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I/O请求时才启动一个线程进行处理。NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器。

例子：B也在河边钓鱼，但是B不想将自己的所有时间都花费在钓鱼上，在等鱼上钩这个时间段中，B也在做其他的事情（一会看看书，一会读读报纸，一会又去看其他人的钓鱼等），但B在做这些事情的时候，每隔一个固定的时间检查鱼是否上钩。一旦检查到有鱼上钩，就停下手中的事情，把鱼钓上来。 B在检查鱼竿是否有鱼，是一个轮询的过程。

什么是AIO？

异步AIO（asynchronous I/O）。为了解决NIO不能异步的问题而生的。异步+非阻塞。以异步方式发起 I/O 操作。当 I/O 操作进行时可以去做其他操作，由操作系统内核空间提醒IO操作已完成。

 什么Netty?

Netty是由JBOSS提供的一个Java开源框架。Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工
具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端编程框架，使用Netty 可以确保你快速和简单的开发出一个网络应用，例如实现了某种协议的客户，服务端应用。Netty相当简化和流线化了网络应用的编程开发过程，例如，TCP和UDP的socket服务开发。Netty是由NIO演进而来，使用过NIO编程的用户就知道NIO编程非常繁重，Netty是能够能跟好的使用NIO。

BIO和NIO、AIO的区别？

1、IO是阻塞的，NIO是非阻塞的.
2、BIO是面向流的，只能单向读写，NIO是面向缓冲的, 可以双向读写。
使用BIO做Socket连接时，由于单向读写，当没有数据时，会挂起当前线程，阻塞等待，为防止影响其它连接，需要为每个连接新建线程处理，然而系统资源是有限的，不能过多的新建线程，线程过多带来线程上下文的切换，从来带来更大的性能损耗，因此需要使用NIO进行BIO多路复用，使用一个线程来监听所有Socket连接，使用本线程或者其他线程处理连接。
3、AIO是非阻塞 以异步方式发起 I/O 操作。当 I/O 操作进行时可以去做其他操作，由操作系统内核空间提醒IO操作已完成。

什么是内核空间？

应用程序是不能直接访问硬盘的，我们程序没有权限直接访问，但是操作系统会给我们一部分权限较高的内存空间，他叫内核空间，和我们的实际硬盘空间是有区别的。

 Java I/O流的分类

 按流的方向分类：

• 输出流：从内存读出到文件。只能进行写操作。
• 输入流：从文件读入到内存。只能进行读操作。
• 注意：输出流可以帮助我们创建文件，而输入流不会。

 按处理数据单位大小分类：

• 字符流 ：以字符为单位，每次次读入或读出是16位数据。其只能读取字符类型数据。 (Java代码接收数据为一般为 char数组，也可以是别的 )
• 字节流：以字节为单位，每次次读入或读出是8位数据。可以读任何类型数据，图片、文件、音乐视频等。 (Java代码接收数据只能为 byte数组 )

按角色分类：

• 节点流：与硬盘连接，直接与数据源相连，读入或写出。
• 处理流：与内存连接，也叫包装流，是对一个对于已存在的流的连接进行封装，通过所封装的流的功能调用实现数据读写。如添加个缓冲区。
• 注意：为什么要有处理流？主要作用是在读入或写出时，对数据进行缓存，以减少I/O的次数，以便下次更好更快的读写文件，才有了处理流。

什么是比特(Bit),什么是字节(Byte),什么是字符(Char),它们长度是多少,各有什么区别？

• Bit最小的二进制单位 ，是计算机的操作部分取值0或者1。
• Byte是计算机中存储数据的单元，是一个8位的二进制数（计算机内部，一个字节可表示一个英文字母，两个字节可表示一个汉字。）  取值（-128-127）
• Char是用户的可读写的最小单位，他只是抽象意义上的一个符号。如‘5’，‘中’，‘￥’ 等等等等。在java里面由16位bit组成Char 取值 （0-65535）
• Bit 是最小单位 计算机他只能认识0或者1。
• Byte是8个字节 是给计算机看的。
• 字符 是看到的东西 一个字符 = 2个字节。

什么叫对象序列化，什么是反序列化，实现对象序列化需要做哪些工作？

• 对象序列化，将对象以二进制的形式保存在硬盘上
• 反序列化；将二进制的文件转化为对象读取
• 实现serializable接口，不想让字段放在硬盘上就加transient。

在实现序列化接口是时候一般要生成一个serialVersionUID字段，它叫做什么，一般有什么用？

• 如果用户没有自己声明一个serialVersionUID,接口会默认生成一个serialVersionUID
• 但是强烈建议用户自定义一个serialVersionUID,因为默认的serialVersinUID对于class的细节非常
• 敏感，反序列化时可能会导致InvalidClassException这个异常。（比如说先进行序列化，然后在反序列化之前修改了类，那么就会报错。因为修改了类，对应的SerialversionUID也变化了，而序列化和反序列化就是通过对比其SerialversionUID来进行的，一旦SerialversionUID不匹配，反序列化就无法成功。

为什么图片、视频、音乐、文件等 都是要字节流来读取？

因为CPU规定了计算机存储文件都是按字节算的。

  使用NIO实现网络通信

 

 什么是通道（Channel）？

Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。 也叫做多路复用器，是客户端连接上来的通道。通常我们都是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区，然后再将缓存区的数据写入到通道中，将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取数据。

 什么是选择器（Selector）?

由他选择操作哪个客户端，用户刚刚进来时有个状态，分配好了资源切换状态，完成IO操作是就会变成结束状态。

Selector可以称他为通道的集合，每次客户端来了之后我们会把Channel注册到Selector中并且我们给他一个状态，在用死循环来环判断( 判断是否做完某个操作，完成某个操作后改变不一样的状态 )状态是否发生变化，知道IO操作完成后在退出死循环。

什么是Buffer（缓冲区）？

Buffer 是一个缓冲数据的对象， 它包含一些要写入或者刚读出的数据。

在普通的面向流的 I/O 中，一般将数据直接写入或直接读到 Stream 对象中。当是有了Buffer（缓冲区）后，数据第一步到达的是Buffer（缓冲区）中。

缓冲区实质上是一个数组( 底层完全是数组实现的，感兴趣可以去看一下 )。通常它是一个字节数组，内部维护几个状态变量，可以实现在同一块缓冲区上反复读写（不用清空数据再写）。