NIO(New IO)和BIO(Blocking IO)的区别

news2024/12/26 20:34:28

Java中的NIO(New IO)和BIO(Blocking IO)的区别及NIO的核心组件

Java中的NIO(New IO)和BIO(Blocking IO)是两种不同的网络通信模型,各自具有独特的特性和适用场景。下面将详细探讨它们之间的区别以及NIO的核心组件。

BIO(Blocking IO)

BIO是Java最早的I/O模型,也是最简单的一种。在BIO模型中,每个I/O操作都会阻塞当前线程,直到数据准备就绪或者超时,才会继续执行下一步操作。这意味着如果有大量的并发连接,就需要创建大量的线程来处理这些连接,会造成资源浪费和性能下降。

BIO通常采用的是一对一的客户端-服务器模型,即每个客户端连接都需要对应一个服务器端的线程来处理。这样的模型适用于连接数较少且连接持续时间较长的场景,但不适合高并发、短连接的场景。例如,传统的Web服务器在处理HTTP请求时,如果采用BIO模型,那么每个客户端连接都需要一个独立的线程来处理,当并发连接数增加时,服务器的线程资源会迅速耗尽,性能会急剧下降。

BIO的优点是简单易懂,编程复杂度较低,适用于连接数较少且连接持续时间较长的场景。然而,在高并发情况下,BIO的性能较差,资源消耗大,因此在实际应用中逐渐被NIO等更高效的模型所取代。

NIO(New IO)

NIO是Java在JDK 1.4引入的新的I/O模型,相比于BIO,它提供了更为灵活和高效的网络编程方式。NIO的核心组件包括通道(Channel)、缓冲区(Buffer)和选择器(Selector)。

  1. 通道(Channel)

通道是Java NIO中用于数据读写的对象,类似于传统I/O中的流。但与传统I/O的流不同,通道支持非阻塞I/O操作,并且可以同时进行读写操作。这意味着线程在等待数据完全传输过来后才能处理数据,从而提高了系统的并发性。

通道是全双工的,即它可以同时用于读和写操作。常见的通道类型包括FileChannel(用于文件读写)、DatagramChannel(用于UDP网络读写)、SocketChannel(用于TCP网络读写)和ServerSocketChannel(用于监听TCP连接)。

  1. 缓冲区(Buffer)

缓冲区是NIO中用于在通道和应用程序之间传输数据的中介。它是一个对象,包含一些要写入或者读出的数据。在面向流的I/O中,可以将数据直接写入或读到Stream对象中,而在NIO中,所有的数据都是用缓冲区处理的。

缓冲区实质是一个数组,通常是一个字节数组(ByteBuffer),也可以使用其他类型的数组。除了ByteBuffer,还有其他类型的缓冲区,如CharBuffer(字符缓冲区)、ShortBuffer(短整型缓冲区)、IntBuffer(整型缓冲区)、LongBuffer(长整型缓冲区)、FloatBuffer(浮点型缓冲区)和DoubleBuffer(双精度浮点型缓冲区)。

缓冲区提供了对数据的结构化访问以及维护读写位置(limit)等信息。在数据读写过程中,需要不断切换缓冲区的读写模式,如flip()方法用于将缓冲区从写模式切换到读模式,clear()方法用于清空缓冲区以便下次使用。

  1. 选择器(Selector)

选择器是NIO中用于监听多个通道的事件的机制。它可以同时监听多个通道(Channel)的I/O事件,如读事件、写事件、连接事件等,使得一个单独的线程可以管理多个通道,进一步提高了系统的并发性。

选择器只能管理非阻塞的通道。当通道发生感兴趣的事件时,选择器会通知对应的线程进行处理。这样,一个线程就可以同时处理多个连接,避免了BIO模型中为每个连接创建一个线程的资源浪费。

NIO模型中的关键是非阻塞通道和选择器。通过使用单线程或少量线程配合选择器,可以实现同时处理多个连接,从而提高了系统的并发处理能力。NIO模型适用于高并发、短连接的场景,如Web服务器、游戏服务器等。它的设计理念是通过少量线程处理大量并发连接,避免了线程资源的浪费和上下文切换的开销,从而提高了系统的性能和吞吐量。

NIO的线程模型

NIO主要包含三种线程模型:Reactor单线程模型、Reactor多线程模型和主从Reactor多线程模型。

  1. Reactor单线程模型

在单线程模型中,单个线程完成所有事情,包括接收客户端的TCP连接请求、读取和写入套接字数据等。这种模型适用于一些小容量应用场景,但对于高负载、大并发的应用却不合适。因为单个NIO线程同时处理成百上千的链路,性能上无法支撑,即便NIO线程的CPU负荷达到100%,也无法满足海量消息的编码、解码、读取和发送。

  1. Reactor多线程模型

Reactor多线程模型与单线程模型最大的区别就是有一组NIO线程处理真实的I/O操作。该模型的特点是:

  • 有一个专门的NIO线程(Acceptor线程)用于监听服务端,接收客户端的TCP连接请求。
  • 网络I/O操作(读、写等)由一个NIO线程池负责。线程池可以采用标准的JDK线程池实现,它包含一个任务队列和N个可用的线程。由这些NIO线程负责消息的读取、解码、编码和发送。
  • 一个NIO线程可以同时处理N条链路,但是一个链路只对应一个NIO线程,防止发生并发操作问题。

在绝大多数场景下,Reactor多线程模型都可以满足性能需求。但是,在极特殊应用场景中,一个NIO线程负责监听和处理所有的客户端连接可能会存在性能问题。例如,百万客户端并发连接,或者服务端需要对客户端的握手消息进行安全认证,认证本身非常损耗性能。在这些场景下,单独一个Acceptor线程可能会存在性能不足问题,为了解决性能问题,产生了第三种Reactor线程模型——主从Reactor多线程模型。

  1. 主从Reactor多线程模型

主从Reactor多线程模型与Reactor多线程模型的最大区别就是有一组NIO线程处理连接、读写事件。该模型的特点是:

  • 服务端用于接收客户端连接的不再是一个单独的NIO线程,而是一个独立的NIO线程池(Acceptor线程池)。
  • Acceptor接收到客户端TCP连接请求处理完成后(可能包含接入认证等),将新创建的SocketChannel注册到I/O线程池(sub reactor线程池)的某个I/O线程上,由它负责SocketChannel的读写和编解码工作。
  • Acceptor线程池仅仅只用于客户端的登陆、握手和安全认证。一旦链路建立成功,就将链路注册到后端subReactor线程池的I/O线程上,由I/O线程负责后续的I/O操作。

即从多线程模型中由一个线程来监听连接事件和数据读写事件,拆分为一个线程监听连接事件,线程池的多个线程监听已经建立连接的套接字的数据读写事件。另外和多线程模型一样,有专门的线程池处理真正的I/O操作。

NIO与BIO的比较

NIO和BIO各有优缺点,适用于不同的应用场景。

  1. 编程复杂度

BIO编程简单易懂,适用于连接数较少且连接持续时间较长的场景。而NIO提供了非阻塞、多路复用的网络编程方式,编程复杂度较高,但适用于高并发、短连接的场景。

  1. 性能

BIO在高并发情况下性能较差,因为每个连接都需要一个独立的线程来处理,线程资源消耗大。而NIO通过非阻塞通道和选择器,可以实现同时处理多个连接,提高了系统的并发处理能力,性能优于BIO。

  1. 资源消耗

BIO在大量并发连接时,会创建大量的线程,造成资源浪费和性能下降。而NIO通过少量线程处理大量并发连接,避免了线程资源的浪费和上下文切换的开销,从而提高了系统的性能和吞吐量。

  1. 适用场景

BIO适用于连接数较少且连接持续时间较长的场景,如传统的Web服务器在处理HTTP请求时。而NIO适用于高并发、短连接的场景,如现代的Web服务器、游戏服务器等。

应用场景示例

在Java生态系统中,许多中间件和框架都涉及到了NIO和BIO的使用,以实现高性能的网络通信。以下是一些常见的中间件和框架的示例:

  1. Netty

Netty是一个高性能的异步事件驱动的网络应用框架,它基于NIO实现了网络通信的高性能和可扩展性。Netty广泛应用于分布式系统、即时通信系统等领域。

  1. Apache MINA

Apache MINA是一个基于Java的网络应用框架,提供了可扩展的高性能的基于NIO的网络通信。它与Netty类似,但有一些不同的设计理念和API。

  1. Tomcat

Tomcat是一个流行的Java Servlet容器,它在处理HTTP请求时可以选择使用NIO或BIO。通过配置Connector的协议,可以选择不同的I/O模型来处理请求,以满足应用程序的性能和需求。

  1. Jetty

Jetty是另一个流行的Java Servlet容器和Web服务器,它也支持使用NIO或BIO来处理网络连接。

  1. Apache HTTP Server

Apache HTTP Server是世界上最流行的Web服务器之一,它在处理HTTP请求时可以使用NIO或者传统的多线程模型。

  1. Redis

Redis是一个内存数据库,它的网络通信层使用了NIO来实现高性能的异步I/O。

  1. MySQL Connector/J

MySQL的Java连接器,它可以使用NIO来实现异步的数据库访问。

  1. Spring Framework

Spring Framework是一个全面的Java开发框架,其中的Spring Web模块在处理HTTP请求时可以选择使用NIO或者传统的阻塞I/O。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2254364.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

SpringBoot该怎么使用Neo4j - 优化篇

文章目录 前言实体工具使用 前言 上一篇中,我们的Cypher都用的是字符串,字符串拼接简单,但存在写错的风险,对于一些比较懒的开发者,甚至觉得之间写字符串还更自在快速,也确实,但如果在后期需要…

【Calibre-Web】Calibre-Web服务器安装详细步骤(个人搭建自用的电子书网站,docker-compose安装)

文章目录 一、Calibre-Web和Calibre的区别是什么?使用场景分别是什么?二、服务器安装docker和docker-compose三、服务器安装Calibre-Web步骤1、安装完成后的目录结构2、安装步骤3、初始配置4、启动上传 四、安装Calibre五、docker-compose常用命令 最近想…

easyexcel 导出日期格式化

1.旧版本 在新的版本中formate已经被打上废弃标记。那么不推荐使用这种方式。 2.推荐方式 推荐使用另外一种方式【 Converter 】代码如下,例如需要格式化到毫秒【yyyy-MM-dd HH:mm:ss SSS】级别 创建一个公共Converter import com.alibaba.excel.converters.Conv…

ABAP - 系统集成之SAP的数据同步到OA(泛微E9)服务器数据库

需求背景 项目经理说每次OA下单都需要调用一次SAP的接口获取数据,导致效率太慢了,能否把SAP的数据保存到OA的数据库表里,这样OA可以直接从数据库表里获取数据效率快很多。思来想去,提供了两个方案。 在集群SAP节点下增加一个SQL S…

40分钟学 Go 语言高并发:【实战】分布式缓存系统

【实战课程】分布式缓存系统 一、整体架构设计 首先,让我们通过架构图了解分布式缓存系统的整体设计: 核心组件 组件名称功能描述技术选型负载均衡层请求分发、节点选择一致性哈希缓存节点数据存储、过期处理内存存储 持久化同步机制节点间数据同步…

w~视觉~合集27

我自己的原文哦~ https://blog.51cto.com/whaosoft/12715639 #视频AIGC~论文 1、Pix2Video: Video Editing using Image Diffusion 基于大规模图像库训练的图像扩散模型已成为质量和多样性方面最为通用的图像生成模型。它们支持反转真实图像和条件生成(例如&…

MYSQL中的增删改查操作(如果想知道MYSQL中有关增删改查操作的知识,那么只看这一篇就足够了!)

前言:在 MySQL 中,增、删、改、查(CRUD)操作是基本的数据库操作,增操作(INSERT)用于插入数据,删操作(DELETE)用于删除数据,改操作(UPD…

Ansible的yum和saltstack的哪个功能相似

Ansible的yum和saltstack的哪个功能相似 在 Ansible 和 SaltStack 中,Ansible 的 yum 模块 和 SaltStack 的 pkg 模块 功能相似。它们都用于管理软件包,支持安装、升级、删除和查询等操作。 Ansible 的 yum 模块 用途: 专门用于基于 Red Hat …

在做题中学习(76):颜色分类

解法:三指针 思路:用三个指针,把数组划分为三个区域: for循环遍历数组,i遍历数组,left是0区间的末尾,right是2区间的开头,0 1 2区间成功被划分 而上面的图画是最终实现的图样&…

Java版-速通数据结构-树基础知识

现在面试问mysql,红黑树好像都是必备问题了。动不动就让手写红黑树或者简单介绍下红黑树。然而,我们如果直接去看红黑树,可能会一下子蒙了。在看红黑树之前,需要先了解下树的基础知识,从简单到复杂,看看红黑树是在什么…

浙江工业大学《2024年828自动控制原理真题》 (完整版)

本文内容,全部选自自动化考研联盟的:《浙江工业大学828自控考研资料》的真题篇。后续会持续更新更多学校,更多年份的真题,记得关注哦~ 目录 2024年真题 Part1:2024年完整版真题 2024年真题

【计算机网络】实验11:边界网关协议BGP

实验11 边界网关协议BGP 一、实验目的 本次实验旨在验证边界网关协议(BGP)的实际作用,并深入学习在路由器上配置和使用BGP协议的方法。通过实验,我将探索BGP在不同自治系统之间的路由选择和信息交换的功能,理解其在互…

微信小程序全屏显示地图

微信小程序在界面上显示地图&#xff0c;只需要用map标签 <map longitude"经度度数" latitude"纬度度数"></map>例如北京的经纬度为&#xff1a;116.407004,39.904595 <map class"bgMap" longitude"116.407004" lati…

InfluxDB 集成 Grafana

将InfluxDB集成到Grafana进行详细配置通常包括以下几个步骤&#xff1a;安装与配置InfluxDB、安装与配置Grafana、在Grafana中添加InfluxDB数据源以及创建和配置仪表板。以下是一个详细的配置指南&#xff1a; 一、安装与配置InfluxDB 下载与安装&#xff1a; 从InfluxDB的官…

【AI系统】ESPNet 系列

ESPNet 系列 本文将会介绍 ESPNet 系列&#xff0c;该网络主要应用在高分辨率图像下的语义分割&#xff0c;在计算内存占用、功耗方面都非常高效&#xff0c;重点介绍一种高效的空间金字塔卷积模块&#xff08;ESP Module&#xff09;&#xff1b;而在 ESPNet V2 上则是会更进…

【Axios】如何在Vue中使用Axios请求拦截器

✨✨ 欢迎大家来到景天科技苑✨✨ &#x1f388;&#x1f388; 养成好习惯&#xff0c;先赞后看哦~&#x1f388;&#x1f388; &#x1f3c6; 作者简介&#xff1a;景天科技苑 &#x1f3c6;《头衔》&#xff1a;大厂架构师&#xff0c;华为云开发者社区专家博主&#xff0c;…

w~深度学习~合集1

我自己的原文哦~ https://blog.51cto.com/whaosoft/12663254 #Motion Plan 代码 github.com/liangwq/robot_motion_planing 轨迹约束中的软硬约束 前面的几篇文章已经介绍了&#xff0c;轨迹约束的本质就是在做带约束的轨迹拟合。输入就是waypoint点list&#xff0c;约束…

大语言模型应用开发框架LangChain

大语言模型应用开发框架LangChain 一、LangChain项目介绍1、简介2、LangChain的价值3、实战演练 二、LangChain提示词大语言模型应用1、简介1.1、提示词模板化的优点1.2、提示词模板LLM 的应用1.3、Prompt 2、应用实战2.1、PromptTemplate LLM2.2、PromptTemplate LLM Outpu…

公众号文章标题的重要性

标题&#xff0c;不仅仅是一个简单的标题&#xff0c;它更是吸引读者眼球的“颜值担当”。 信息爆炸的今天&#xff0c;一个好的标题就是打开流量之门的金钥匙。那么&#xff0c;如何衡量一个标题的“颜值”呢&#xff1f;我们可以从两个维度来看&#xff1a;打开率和传播率。…

116. UE5 GAS RPG 实现击杀掉落战利品功能

这一篇&#xff0c;我们实现敌人被击败后&#xff0c;掉落战利品的功能。首先&#xff0c;我们将创建一个新的结构体&#xff0c;用于定义掉落体的内容&#xff0c;方便我们设置掉落物。然后&#xff0c;我们实现敌人死亡时的掉落函数&#xff0c;并在蓝图里实现对应的逻辑&…