Java共支持3种网络编程模型/IO模式:BIO、NIO、AIO。

Java BIO :同步并阻塞(传统阻塞型),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端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销。

Java NIO :同步非阻塞,服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接),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请求就进行处理 。

Java AIO(NIO.2) :异步非阻塞,AIO 引入异步通道的概念,采用了 Reactor 模式,简化了程序编写,有效的请求才启动线程,它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理,一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

 

BIO、NIO、AIO适用场景分析

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,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,但程序简单易理解。

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,弹幕系统,服务器间通讯等。编程比较复杂,JDK1.4开始支持。

AIO方式使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,JDK7开始支持。

 

Java BIO 基本介绍:

Java BIO 就是传统的java io 编程,其相关的类和接口在 java.io包下

BIO(blocking I/O) :同步阻塞,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端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销,可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。 

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,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,程序简单易理解

浅谈BIO、NIO、AIO

BIO编程简单流程:

1.服务器端启动一个ServerSocket

2.客户端启动Socket对服务器进行通信,默认情况下服务器端需要对每个客户 建立一个线程与之通讯

3.客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应,如果没有则会等待,或者被拒绝

4.如果有响应,客户端线程会等待请求结束后,在继续执行

 

Java BIO 问题分析

每个请求都需要创建独立的线程,与对应的客户端进行数据 Read,业务处理,数据 Write 。当并发数较大时,需要创建大量线程来处理连接,系统资源占用较大。连接建立后,如果当前线程暂时没有数据可读,则线程就阻塞在 Read 操作上,造成线程资源浪费

 

Java NIO 基本介绍

Java NIO 全称 java non-blocking IO,是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始,Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性,被统称为 NIO(即 New IO),是同步非阻塞的,NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下,并且对原 java.io 包中的很多类进行改写。

 

NIO 有三大核心部分:Channel(通道),Buffer(缓冲区), Selector(选择器)

NIO是 面向缓冲区 ,或者面向块编程的。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,使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络

 

Java NIO的非阻塞模式,使一个线程从某通道发送请求或者读取数据,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。

 

通俗理解:NIO是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有10000个请求过来,根据实际情况,可以分配50或者100个线程来处理。不像之前的阻塞IO那样,非得分配10000个。

HTTP2.0使用了多路复用的技术,做到同一个连接并发处理多个请求,而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。

 

NIO 和 BIO 的比较

BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多

BIO 是阻塞的,NIO 则是非阻塞的

BIO基于字节流和字符流进行操作,而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件(比如:连接请求,数据到达等),因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道

 

NIO 三大核心原理示意图

一张图描述NIO 的 Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系

Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系图(简单版):

浅谈BIO、NIO、AIO

关系图的说明:

  1. 每个channel 都会对应一个Buffer

  2. Selector 对应一个线程, 一个线程对应多个channel(连接)

  3. 该图反应了有三个channel 注册到 该selector //程序

  4. 程序切换到哪个channel 是有事件决定的, Event 就是一个重要的概念

  5. Selector 会根据不同的事件,在各个通道上切换

  6. Buffer 就是一个内存块 , 底层是有一个数组

  7. 数据的读取写入是通过Buffer, 这个和BIO , BIO 中要么是输入流,或者是输出流, 不能双向,但是NIO的Buffer 是可以读也可以写, 需要 flip 方法切换

  8. channel 是双向的, 可以返回底层操作系统的情况, 比如Linux , 底层的操作系统通道就是双向的.

 

Java AIO 基本介绍

 

1)JDK 7 引入了 Asynchronous I/O,即 AIO。在进行 I/O 编程中,常用到两种模式:Reactor和 Proactor。Java 的 NIO 就是 Reactor,当有事件触发时,服务器端得到通知,进行相应的处理

 

2)AIO 即 NIO2.0,叫做异步不阻塞的 IO。AIO 引入异步通道的概念,采用了 Proactor 模式,简化了程序编写,有效的请求才启动线程,它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理,一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

 

3)目前 AIO 还没有广泛应用,Netty 也是基于NIO, 而不是AIO, 因此我们就不详解AIO了,有兴趣的同学可以参考 <<Java新一代网络编程模型AIO原理及Linux系统AIO介绍>>  http://www.52im.net/thread-306-1-1.html  

 

浅谈BIO、NIO、AIO

 

注:以上资料摘自尚硅谷netty

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