JAVA中的BIO、NIO和AIO

Wesley13
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Java中的IO方式主要分为3种:BIO(同步阻塞)、NIO(同步非阻塞)和AIO(异步非阻塞)。

BIO

同步阻塞模式。在JDK1.4以前,使用Java建立网络连接时,只能采用BIO方式,在服务器端启动一个ServerSocket,然后使用accept等待客户端请求,对于每一个请求,使用一个线程来进行处理用户请求。线程的大部分时间都在等待请求的到来和IO操作,利用率很低。而且线程的开销比较大,数量有限,因此服务器同时能处理的连接数也很低。

NIO

BIO模式中,是“一个Socket一个线程”;而在NIO中则是使用单个或少量的线程来轮询Socket,当发现Socket上有请求时,才为请求分配线程。因此是“一个请求一个线程”。

具体实现就是把Socket通过Channel注册到Selector,使用一个线程在Selector中轮询,发现Channel有读写的事件,就可以分配给其他线程来处理(通常使用线程池)。

AIO

从JDK7开始支持AIO模式。通过AsynchronousServerSocketChannel中注册事件回调函数来处理业务逻辑。当IO操作完成以后,回调函数会被调用。如果传入AsynchronousChannelGroup,可以绑定线程池来处理事件。

关于JDK的实现,Windows平台基于IOCP实现AIO,Linux只有eppoll模拟实现了AIO。

附:关于IO经常提到Reactor/ Proactor模式。

这两个模式中都有两个角色:事件多路分离器(Event Demultiplexer)和事件处理器(Event Handler)。分离器负责对监听IO事件,并通知处理器;处理器负责对IO内容进行处理,完成对应的业务。

二者的差异,以读操作为例(写操作类似)。

Reactor中实现读:

1.        注册读就绪事件和相应的事件处理器。

2.        事件分离器等待事件。

3.        事件到来,激活分离器,分离器调用对应的处理器。

4.        处理器完成IO读操作,处理读到的数据,注册新的事件,然后返还控制权。

Proactor中实现读:

1.        注册读完成事件和相应的事件处理器(包括缓冲区地址)。

2.        事件分离器等待操作完成事件的同时,操作系统利用并行的内核线程执行实际的读操作,并将结果数据存入用户自定义缓冲区,最后通知事件分离器读操作完成。

3.        事件分离器呼唤处理器。

4.        事件处理器处理用户自定义缓冲区中的数据,然后启动一个新的异步操作,并将控制权返回事件分离器。

由此可见,两者的主要区别:Reactor中,由用户线程(事件处理器所在线程)完成IO的读写操作;而在Proactor中,是由操作系统完成IO读写操作后,再通知事件处理器,用户线程只完成对数据的业务逻辑处理部分。

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