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Java中BIO,NIO,AIO的理解

技术杂谈 勤劳的小蚂蚁 2个月前 (02-08) 57次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码


在高性能的IO体系设计中,有几个名词概念常常会使我们感到迷惑不解。具体如下: 
1 什么是同步? 
2 什么是异步? 
3 什么是阻塞? 
4 什么是非阻塞? 
5 什么是同步阻塞? 
6 什么是同步非阻塞? 

7 什么是异步阻塞? 

8 什么是异步非阻塞?

先来举个实例生活中的例子:
如果你想吃一份宫保鸡丁盖饭:
同步阻塞:你到饭馆点餐,然后在那等着,还要一边喊:好了没啊!
同步非阻塞:在饭馆点完餐,就去遛狗了。不过溜一会儿,就回饭馆喊一声:好了没啊!
异步阻塞:遛狗的时候,接到饭馆电话,说饭做好了,让您亲自去拿。
异步非阻塞:饭馆打电话说,我们知道您的位置,一会给你送过来,安心遛狗就可以了。

在弄清楚上面的几个问题之前,我们首先得明白什么是同步,异步,阻塞,非阻塞,只有这几个单个概念理解清楚了,然后在组合理解起来,就相对比较容易了。 

1,同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的。 

2,阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候,根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式,说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式,阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待,而非阻塞方式下,读取或者写入函数会立即返回一个状态值。  

由上描述基本可以总结一句简短的话,同步和异步是目的,阻塞和非阻塞是实现方式。 

1.同步:指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪。自己上街买衣服,自己亲自干这件事,别的事干不了。 

2.异步:异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情,而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知(异步的特点就是通知) 告诉朋友自己合适衣服的尺寸,大小,颜色,让朋友委托去卖,然后自己可以去干别的事。(使用异步IO时,Java将IO读写委托给OS处理,需要将数据缓冲区地址和大小传给OS) 

3.阻塞:所谓阻塞方式的意思是指, 当试图对该文件描述符进行读写时, 如果当时没有东西可读,或者暂时不可写, 程序就进入等待 状态, 直到有东西可读或者可写为止 去公交站充值,发现这个时候,充值员不在(可能上厕所去了),然后我们就在这里等待,一直等到充值员回来为止。(当然现实社会,可不是这样,但是在计算机里确实如此。) 

4.非阻塞:非阻塞状态下, 如果没有东西可读, 或者不可写, 读写函数马上返回, 而不会等待, 银行里取款办业务时,领取一张小票,领取完后我们自己可以玩玩手机,或者与别人聊聊天,当轮我们时,银行的喇叭会通知,这时候我们就可以去了。

一个IO操作其实分成了两个步骤:发起IO请求和实际的IO操作。 
同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞,如果实际的IO读写阻塞请求进程,那么就是同步IO。 

阻塞IO和非阻塞IO的区别在于第一步,发起IO请求是否会被阻塞,如果阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO,如果不阻塞,那么就是非阻塞IO。 

同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的,同步指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪,而异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情,而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知。

而阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候,根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式,说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式,阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待,而非阻塞方式下,读取或者写入函数会立即返回一个状态值。 

所以,IO操作可以分为3类:同步阻塞(即早期的BIO操作)、同步非阻塞(NIO)、异步非阻塞(AIO)。 

同步阻塞(BIO): 
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(NIO):
在此种方式下,用户进程发起一个IO操作以后便可返回做其它事情,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。 
异步非阻塞(AIO):
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。

同步阻塞IO(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。 

同步非阻塞IO(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。用户进程也需要时不时的询问IO操作是否就绪,这就要求用户进程不停的去询问。 

异步阻塞IO(Java NIO):  
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(如果从UNP的角度看,select属于同步操作。因为select之后,进程还需要读写数据),从而提高系统的并发性!  

(Java AIO(NIO.2))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。  

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。 

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