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IO 概述

阻塞 IO (BIO)

基本理解

非阻塞 IO(NIO) 

​核心部分 

Channel

Buffer

Selector

Channel Buffer Selector 三者关系

 异步非阻塞 IO(AIO)

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IO 概述

IO 的操作方式通常分为几种：同步阻塞 BIO、同步非阻塞 NIO、异步非阻塞 AIO。

（1）在 JDK1.4 之前，我们建立网络连接的时候采用的是 BIO 模式。

（2）Java NIO（New IO 或 Non Blocking IO）是从 Java 1.4 版本开始引入的一个新的IO API，可以替代标准的 Java IO API。NIO 支持面向缓冲区的、基于通道的 IO 操作。NIO 将以更加高效的方式进行文件的读写操作。BIO 与 NIO 一个比较重要的不同是， 我们使用 BIO 的时候往往会引入多线程，每个连接对应一个单独的线程；而 NIO 则是 使用单线程或者只使用少量的多线程，让连接共用一个线程。

（3）AIO 也就是 NIO 2，在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步非阻塞的IO 模型。 下面我们来详细介绍这几种 IO 方式

阻塞 IO (BIO)

基本理解

阻塞 IO（BIO）是最传统的一种 IO 模型，即在读写数据过程中会发生阻塞现象，直至 有可供读取的数据或者数据能够写入。

（1）在 BIO 模式中，服务器会为每个客户端请求建立一个线程，由该线程单独负责 处理一个客户请求，这种模式虽然简单方便，但由于服务器为每个客户端的连接都采 用一个线程去处理，使得资源占用非常大。因此，当连接数量达到上限时，如果再有 用户请求连接，直接会导致资源瓶颈，严重的可能会直接导致服务器崩溃。

（2）大多数情况下为了避免上述问题，都采用了线程池模型。也就是创建一个固定大 小的线程池，如果有客户端请求，就从线程池中取一个空闲线程来处理，当客户端处 理完操作之后，就会释放对线程的占用。因此这样就避免为每一个客户端都要创建线 程带来的资源浪费，使得线程可以重用。但线程池也有它的弊端，如果连接大多是长 连接，可能会导致在一段时间内，线程池中的线程都被占用，那么当再有客户端请求 连接时，由于没有空闲线程来处理，就会导致客户端连接失败。传统的 BIO 模式如下 图所示：

非阻塞 IO(NIO) 

 基于 BIO 的各种弊端，在 JDK1.4 开始出现了高性能 IO 设计模式非阻塞 IO（NIO）。

I/O复用结合线程池就是Reactor模式基本设计思想

（1）NIO 采用非阻塞模式，基于 Reactor 模式的工作方式，I/O 调用不会被阻塞，它 的实现过程是：会先对每个客户端注册感兴趣的事件，然后有一个线程专门去轮询每 个客户端是否有事件发生，当有事件发生时，便顺序处理每个事件，当所有事件处理 完之后，便再转去继续轮询。如下图所示：

 （2）NIO 中实现非阻塞 I/O 的核心对象就是 Selector，Selector 就是注册各种 I/O 事件地方，而且当我们感兴趣的事件发生时，就是这个对象告诉我们所发生的事件， 如下图所示：

 （3）NIO 的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被 注册到多路复用器上面，一个选择器线程可以同时处理成千上万个连接，系统不必创 建大量的线程，也不必维护这些线程，从而大大减小了系统的开销。

核心部分 

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

- Channels

- Buffers

- Selectors

虽然 Java NIO 中除此之外还有很多类和组件，但 Channel，Buffer 和 Selector 构成 了核心的 API。其它组件，如 Pipe 和 FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的 工具类。

Channel

首先说一下 Channel，可以翻译成“通道”。Channel 和 IO 中的 Stream(流)是差不 多一个等级的。只不过 Stream 是单向的，譬如：InputStream, OutputStream.而 Channel 是双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。

NIO 中的 Channel 的主要实现有：FileChannel、DatagramChannel、 SocketChannel 和 ServerSocketChannel，这里看名字就可以猜出个所以然来：分别 可以对应文件 IO、UDP 和 TCP（Server 和 Client）。

Buffer

NIO 中的关键 Buffer 实现有：ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer，分别对应基本数据类型: byte, char, double, float, int, long, short。

Selector

Selector 运行单线程处理多个 Channel，如果你的应用打开了多个通道，但每个连接 的流量都很低，使用 Selector 就会很方便。例如在一个聊天服务器中。要使用 Selector, 得向 Selector 注册 Channel，然后调用它的 select()方法。这个方法会一直 阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件， 事件的例子有如新的连接进来、数据接收等。

Channel Buffer Selector 三者关系

（1）一个 Channel 就像一个流，只是 Channel 是双向的，Channel 读数据到 Buffer， Buffer 写数据到 Channel。

 （2）一个 selector 允许一个线程处理多个 channel。

 异步非阻塞 IO(AIO)

（1）AIO 也就是 NIO 2，在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步非阻塞 的 IO 模型。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是说 AIO 模式不需要selector 操作，而是是事件驱动形式，也就是当客户端发送数据之后，会主动通知服 务器，接着服务器再进行读写操作。

（2）Java 的 AIO API 其实就是 Proactor 模式的应用，和 Reactor 模式类似。 Reactor 和 Proactor 模式的主要区别就是真正的读取和写入操作是有谁来完成的， Reactor 中需要应用程序自己读取或者写入数据，而 Proactor 模式中，应用程序不需 要进行实际的读写过程，它只需要从缓存区读取或者写入即可，操作系统会读取缓存 区或者写入缓存区到真正的 IO 设备。