BIO与NIO

BIO 是什么？

🦅 概念

  • BIO ，全称 Block-IO ，是一种阻塞 + 同步的通信模式。
  • 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。

🦅 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。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 。

NIO 是什么？

🦅 概念

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

🦅 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。
    • 缓冲区 Buffer ：它是 NIO 与 BIO 的一个重要区别。
      • BIO 是将数据直接写入或读取到流 Stream 对象中。
      • NIO 的数据操作都是在 Buffer 中进行的。Buffer 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。
    • 通道 Channel ：和流 Stream 不同，通道是双向的。NIO可以通过 Channel 进行数据的读、写和同时读写操作。
      • 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）。我们使用的是前者 SocketChannel 和 ServerSocketChannel ，都是SelectableChannel 的子类。
    • 多路复用器 Selector ：NIO 编程的基础。多路复用器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，这就是 JDK NIO 库的巨大进步。

NIO 和 BIO 的区别主要体现在三个方面：

NIOBIO
基于缓冲区( Buffer ) 基于流( Stream )
非阻塞 IO 阻塞 IO
选择器( Selector ) 无
  • 其中，选择器( Selector )是 NIO 能实现非阻塞的基础。

🦅 小结

BIO 模型中，通过 Socket 和 ServerSocket 实现套接字通道的通信。阻塞，同步，建立连接耗时。

NIO 模型中通过 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 实现套接字通道的通信。非阻塞，同步，避免为每个 TCP 连接创建一个线程。

 

 一般来说I/O模型可以分为：同步阻塞，同步非阻塞，异步阻塞，异步非阻塞IO

同步阻塞IO：在此种方式下，用户进程在发起一个IO操作以后，必须等待IO操作的完成，只有当真正完成了IO操作以后，用户进程才能运行。JAVA传统的IO模型属于此种方式！

同步非阻塞IO:在此种方式下，用户进程发起一个IO操作以后边可返回做其它事情，但是用户进程需要时不时的询问IO操作是否就绪，这就要求用户进程不停的去询问，从而引入不必要的CPU资源浪费。其中目前JAVA的NIO就属于同步非阻塞IO。

异步阻塞IO：此种方式下是指应用发起一个IO操作以后，不等待内核IO操作的完成，等内核完成IO操作以后会通知应用程序，这其实就是同步和异步最关键的区别，同步必须等待或者主动的去询问IO是否完成，那么为什么说是阻塞的呢？因为此时是通过select系统调用来完成的，而select函数本身的实现方式是阻塞的，而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄，从而提高系统的并发性！

 异步非阻塞IO:在此种模式下，用户进程只需要发起一个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，此时用户进程只需要对数据进行处理就好了，不需要进行实际的IO读写操作，因为真正的IO读取或者写入操作已经由内核完成了。目前Java中还没有支持此种IO模型。 

Java对BIO、NIO、AIO的支持：

  • Java BIO ： 同步并阻塞，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，当然可以通过线程池机制改善。

  • Java NIO ： 同步非阻塞，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I/O请求时才启动一个线程进行处理。

  • Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞，服务器实现模式为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、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，但程序直观简单易理解。

  • 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，并发局限于应用中，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。

另外，I/O属于底层操作，需要操作系统支持，并发也需要操作系统的支持，所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。

在高性能的I/O设计中，有两个比较著名的模式Reactor和Proactor模式，其中Reactor模式用于同步I/O，而Proactor运用于异步I/O操作。

转载自:http://svip.iocoder.cn/Netty/Interview/   

转载自:https://blog.csdn.net/skiof007/article/details/52873421

posted @ 2019-10-31 17:02  гàΙη  阅读(280)  评论(0)    收藏  举报