BIO:同步阻塞IO(平常说的IO指的是BIO)
NIO:同步非阻塞IO
AIO:异步非阻塞IO

io操作分为两部分,发起io请求,和io数据读写。

阻塞、非阻塞主要是针对线程发起io请求后,是否立即返回来定义的,立即返回称为非阻塞io,否则称为阻塞io。

同步、异步主要针对io数据读写来定义的,读写数据过程中不阻塞线程称为异步io,否则,称为同步io。

一、BIO

线程发起io请求后,一直阻塞(阻塞io),直到数据就绪后,用户线程将数据写入socket空间,或从socket空间读取数据(同步)。

JDK5之前, JDK的IO模式只有BIO(同步阻塞)。

问题:因为阻塞的存在, 需对每个请求开启一个线程. 过多的线程切换影响操作系统性能。

解决:使用线程池, 处理不过来的放入队列, 再处理不过来的会触发其他机制。

问题::超过线程池数量的请求需要等待。

1. 客户端

public class Client {

    final static String ADDRESS = "127.0.0.1";
final static int PORT = 8765; public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = null;
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try {
socket = new Socket(ADDRESS, PORT);
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true); // true自动flush
//向服务器端发送数据
out.println("来自客户端的请求");
//从服务端接收数据
String response = in.readLine(); // 阻塞
System.out.println("Client获取数据: " + response);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
out.close();
in.close();
socket.close();
}
}
}

2. 服务端

(1) 一个请求~一个线程

public class Server {
final static int PROT = 8765;
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = null;
try {
server = new ServerSocket(PROT);
System.out.println("server start");
while(true){
Socket socket = server.accept(); //监听 阻塞 , socket底层会新建线程处理与客户端的三次握手
//建立线程处理获取的 socket
new Thread(new ServerHandler(socket)).start();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
server.close();
}
}
} class ServerHandler implements Runnable {
private Socket socket;
public ServerHandler(Socket socket) {
this.socket = socket;
} @Override
public void run() {
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try {
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(this.socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(this.socket.getOutputStream(), true);
String body = null;
while (true) {
body = in.readLine(); // 阻塞
if (body == null)
break;
System.out.println("Server获取的请求: " + body);
out.println("来自服务器的响应");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
out.close();
in.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

(2) 线程池处理

public class Server {

    final static int PORT = 8765;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket server = null;
try {
server = new ServerSocket(PORT);
System.out.println("server start");
HandlerExecutorPool executorPool = new HandlerExecutorPool(50, 1000);
while(true){
Socket socket = server.accept();
executorPool.execute(new ServerHandler(socket));
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
server.close();
}
}
} class HandlerExecutorPool {
private ExecutorService executor;
public HandlerExecutorPool(int maxPoolSize, int queueSize){
this.executor = new ThreadPoolExecutor( // 带阻塞队列的线程池
Runtime.getRuntime().availableProcessors(), // 初始线程数
maxPoolSize, // 线程数上限 如果要处理请求的Runnable对象装满了队列, 则提高现有线程数
120L, // 如在120个时间颗粒内某线程是空闲的, 将被回收
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(queueSize) // 存放处理请求的Runnable对象
);
}
public void execute(Runnable task){
this.executor.execute(task);
}
} class ServerHandler implements Runnable {
private Socket socket;
public ServerHandler(Socket socket) {
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try {
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(this.socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(this.socket.getOutputStream(), true);
String body = null;
while (true) {
body = in.readLine();
if (body == null)
break;
System.out.println("Server获取的请求: " + body); // 阻塞
out.println("来自服务器的响应");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
out.close();
in.close();
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

二、IO多路复用(NIO)

当用户线程发起io请求后,将socket连接及关注事件注册到selector(多路复用器,os级别线程)上,selector循环遍历socket连接,看是否有关注数据就绪,如果连接有数据就绪后,就通知应用程序,建立线程进行数据读写。同BIO对比,NIO中线程处理的都是有效连接(数据就绪),且一个线程可以分管处理多个连接上的就绪数据,节省线程资源开销。

JDK5以后引入了NIO1.0(多路复用机制)。

伴随多路复用在程序中引入了如下概念:

Channel(通道):TCP连接的抽象,一个TCP连接对应多个Channel,这样减少TCP的连接次数。
通道与BIO中socket类似
通道与BIO中的流类似, 不过channel是双向的而流是单向的
channel有多种状态位, 能被selector识别

Buffer(缓冲区):
缓冲区是一块内存区域(数组), 在NIO中被包装成Buffer对象. Buffer提供方法用来访问该内存。
BIO中,数据存储在流中,而NIO中,数据存储在缓冲区中。
除了boolean的其他java七种基本类型都有相应的Buffer类. 最常使用的是ByteBuffer

Selector(多路复用器):负责轮询所有注册通道,根据通道状态执行相关操作。状态包括:Connect,Accept,Read,Write。
在"四种常用IO模型"里提过用select系统调用实现IO多路复用. 除select外Linux还提供了poll/epoll函数, 其中select/poll函数按顺序扫描文件句柄是否就绪,支持的文件句柄数有限; 而epoll使用基于事件驱动方式替代顺序扫描,性能更高, 对文件句柄数没有数量限制. JDK的Selector使用了epoll, 只需要一个线程轮询, 就可以接入大量的客户端。

1. 客户端

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
SocketChannel sc = null;
ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
try {
//创建通道
sc = SocketChannel.open();
//进行连接
sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8765));
// 下面步骤可以用selector轮询代替
while(true){
//定义一个字节数组,然后使用系统录入功能:
byte[] bytes1 = new byte[1024];
System.in.read(bytes1); //阻塞
//把数据放到缓冲区中
writeBuf.put(bytes1);
//对缓冲区进行复位
writeBuf.flip();
//写出数据
sc.write(writeBuf);
//清空缓冲区
writeBuf.clear(); // 接收服务端响应
sc.read(readBuf);
readBuf.flip();
byte[] bytes2 = new byte[readBuf.remaining()];
readBuf.get(bytes2);
readBuf.clear();
String body = new String(bytes2);
System.out.println("Client获取数据: " + body);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
sc.close();
}
}
}

2. 服务端

通过改变Selector监听Channel的状态位, 控制与客户端读写的先后顺序

public class Server implements Runnable{
private Selector seletor;
private ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
private ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.allocate(1024); public Server(int port){
try {
//1 创建多路复用器selector
this.seletor = Selector.open();
//2 创建ServerSocket通道
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
//3 设置通道是否阻塞, 决定了通道了read/write/accept/connect方法是否阻塞
ssc.configureBlocking(false);
//4 设置通道地址
ssc.bind(new InetSocketAddress(port));
//5 将ServerSocket通道注册到selector上, 指定监听其accept事件
ssc.register(this.seletor, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("Server start");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} @Override
public void run() {
while(true){
try {
// select阻塞, 监听相关事件
this.seletor.select();
// 解除阻塞, 返回选择key, key含有通道, 状态等信息
Iterator<SelectionKey> keysIter = this.seletor.selectedKeys().iterator();
// 进行遍历
while(keysIter.hasNext()){
SelectionKey key = keysIter.next();
keysIter.remove();
if (key.isValid()) {
// 等待接收连接状态
if (key.isAcceptable()) {
accept(key);
}
// 可读状态
if (key.isReadable()) {
read(key);
}
if (key.isWritable()) {
write(key);
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} private void write(SelectionKey key) {
try {
// 获取通道
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
// 写回给客户端数据
writeBuf.put("来自服务器的响应".getBytes());
writeBuf.flip();
sc.write(writeBuf);
writeBuf.clear();
// 修改监听的状态位, 如果保持OP_WRITE会导致重复写
key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} private void read(SelectionKey key) {
try {
// 获取通道
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
// 读取数据, 读到buffer. 按程序运行顺序, 这里sc是否设置为阻塞效果都一样
int count = sc.read(this.readBuf); // readBuf写时会改变position的值
if (count == -1) {
key.channel().close();
key.cancel(); //取消该通道在selector的注册, 之后不会被select轮询到
return;
}
// 有数据则进行读取. 读取前需要将position和limit进行复位
readBuf.flip();
// 根据缓冲区的数据长度创建相应大小的byte数组, 接收缓冲区的数据
byte[] bytes = new byte[this.readBuf.remaining()];
// 接收缓冲区数据
readBuf.get(bytes);
readBuf.clear();
String body = new String(bytes).trim();
System.out.println("Server获取的请求: " + body);
// 如果保持OP_READ会导致重复读
sc.register(this.seletor, SelectionKey.OP_WRITE);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} private void accept(SelectionKey key) {
try {
// 获取服务通道
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 获取客户端通道.
SocketChannel sc = ssc.accept();
// 设置非阻塞模式
sc.configureBlocking(false);
// 将客户端通道注册到多路复用器上,指定监听事件
sc.register(this.seletor, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
} public static void main(String[] args) {
new Thread(new Server(8765)).start();;
}
}

BIO客户端与NIO服务端通信需注意的:

BIO服务端, 一次IO有明确的结束点, 客户端再次read会返回-1

NIO服务端一次IO结束后, 没有关闭通道, 它可能把通道从读状态转为写状态. 于是selector不监听读了, 客户端再次read什么都没返回, 就会阻塞.

三、AIO(JDK7引入了NIO2.0)

线程发起io请求后,立即返回(非阻塞io),当数据读写完成后,OS通知用户线程(异步)。这里数据写入socket空间,或从socket空间读取数据到用户空间由OS完成,用户线程无需介入,所以也就不会阻塞用户线程,即异步。

AIO基于时间驱动思想,采用proactor模式。数据完成后,由os主动通知应用程序,通过epoll实现,节省了NIO中selector循环遍历检测数据就绪的资源开销。同时,数据copy操作(用户空间<->socket空间)是由os完成的,无需应用程序参与,大大提高应用程序效率。

NIO1.0中, IO过程没有阻塞, 阻塞被转移到了Selector轮询上. Selector管理所有的Channel, 因此能把总阻塞时间缩到最短。

NIO2.0中, 供我们调用的IO API都是非阻塞的, 背后复杂的实现过程(肯定有阻塞)被转移到了JDK底层和操作系统上. 我们的程序的IO调用可以做到立即返回。

AIO同样有Channel和Buffer, 但没有Selector

1. 客户端

public class Client {

    private AsynchronousSocketChannel asc ;
public Client() throws Exception {
asc = AsynchronousSocketChannel.open();
} public void connect() throws InterruptedException, ExecutionException{
// get()阻塞
asc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8765)).get();
} public void write(String request){
try {
// get()阻塞
asc.write(ByteBuffer.wrap(request.getBytes())).get();
read();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
} private void read() throws IOException {
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
try {
// get()阻塞
asc.read(buf).get();
buf.flip();
byte[] respByte = new byte[buf.remaining()];
buf.get(respByte);
System.out.println(new String(respByte,"utf-8").trim());
// 关闭
asc.close();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
e.printStackTrace();
}
} public static void main(String[] args) throws Exception {
Client c1 = new Client();
Client c2 = new Client();
c1.connect();
c2.connect(); c1.write("aa");
c2.write("bbb");
}
}

2. 服务端

public class Server {
//线程池
private ExecutorService executorService;
//异步通道线程组
private AsynchronousChannelGroup threadGroup;
//服务器通道
public AsynchronousServerSocketChannel assc; public Server(int port){
try {
//创建一个线程池
executorService = Executors.newCachedThreadPool();
//使用线程池创建异步通道线程组, 该线程组在底层支持着我们的异步操作
threadGroup = AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(executorService, 1);
//使用 异步通道线程组 创建服务器通道
assc = AsynchronousServerSocketChannel.open(threadGroup);
//给通道绑定端口
assc.bind(new InetSocketAddress(port));
System.out.println("server start");
// 下面的accept不会阻塞 , 一个accept只能接收一个连接请求
// accept第一个参数: 被绑定到IO操作的关联对象(子类), 第二个参数 CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, 关联对象(父类)>, 操作成功后执行的回调句柄
// 如果接受了一个新的连接, 其结果AsynchronousSocketChannel会被绑定与assc通道到相同的AsynchronousChannelGroup
assc.accept(this, new ServerCompletionHandler());
// 这里为了避免程序结束, 异步通道线程组结束就不会执行回调了
Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
new Server(8765);
} }
//第一个参数: IO操作结果; 第二个参数: 被绑定到IO操作的关联对象
public class ServerCompletionHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Server> { // 以下两个重载参数与CompletionHander的模板参数一致, 回调时被传入IO结果和IO操作时设置的关联对象
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel asc, Server attachment) {
// 完成当前连接时, 首先, 为下一个客户端能接入再次调用accept异步方法
attachment.assc.accept(attachment, this);
// 其次, 执行下一步的读操作
read(asc);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Server attachment) {
exc.printStackTrace();
} private void read(final AsynchronousSocketChannel asc) {
//读取数据
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
// 第一个参数: 读操作的Buffer, 第二个参数: IO关联对象, 第三个参数:CompletionHandler<Integer, IO管理对象父类>
asc.read(buf, buf, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
@Override
public void completed(Integer resultSize, ByteBuffer attachment) {
//进行读取之后,重置标识位
attachment.flip();
//获得读取的字节数
System.out.println("Server端" + "收到客户端的数据长度为:" + resultSize);
//获取读取的数据
String resultData = new String(attachment.array()).trim();
System.out.println("Server端" + "收到客户端的数据信息为:" + resultData);
String response = "From服务端To客户端: 于" + new Date() + "收到了请求数据"+ resultData;
write(asc, response);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
exc.printStackTrace();
}
});
} private void write(AsynchronousSocketChannel asc, String response) {
try {
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
buf.put(response.getBytes());
buf.flip();
// 写操作, 异步
Future<Integer> future = asc.write(buf);
// 阻塞等待结果
future.get();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

BIO/NIO/AIO的区分(十四)的更多相关文章

  1. IO回忆录之怎样过目不忘(BIO/NIO/AIO/Netty)

    有热心的网友加我微信,时不时问我一些技术的或者学习技术的问题.有时候我回微信的时候都是半夜了.但是我很乐意解答他们的问题.因为这些年轻人都是很有上进心的,所以在我心里他们就是很优秀的,我愿意多和努力的 ...

  2. (转)也谈BIO | NIO | AIO (Java版)

    原文地址: https://my.oschina.net/bluesky0leon/blog/132361 关于BIO | NIO | AIO的讨论一直存在,有时候也很容易让人混淆,就我的理解,给出一 ...

  3. 也谈BIO | NIO | AIO (Java版--转)

    关于BIO | NIO | AIO的讨论一直存在,有时候也很容易让人混淆,就我的理解,给出一个解释: BIO | NIO | AIO,本身的描述都是在Java语言的基础上的.而描述IO,我们需要从两个 ...

  4. java BIO/NIO/AIO 学习

    一.了解Unix网络编程5种I/O模型 1.1.阻塞式I/O模型 阻塞I/O(blocking I/O)模型,进程调用recvfrom,其系统调用直到数据报到达且被拷贝到应用进程的缓冲区中或者发生错误 ...

  5. 转载:BIO | NIO | AIO

    http://my.oschina.net/bluesky0leon/blog/132361 也谈BIO | NIO | AIO (Java版)   转载自:zheng-lee博客 发布时间: 201 ...

  6. I/O模型系列之三:IO通信模型BIO NIO AIO

    一.传统的BIO 网络编程的基本模型是Client/Server模型,也就是两个进程之间进行相互通信,其中服务端提供位置信息(绑定的IP地址和监听端口),客户端通过连接操作向服务端监听的地址发起连接请 ...

  7. 【netty】(1)---BIO NIO AIO演变

    BIO NIO AIO演变 Netty是一个提供异步事件驱动的网络应用框架,用以快速开发高性能.高可靠的网络服务器和客户端程序.Netty简化了网络程序的开发,是很多框架和公司都在使用的技术. Net ...

  8. Java提供了哪些IO方式?IO, BIO, NIO, AIO是什么?

    IO一直是软件开发中的核心部分之一,而随着互联网技术的提高,IO的重要性也越来越重.纵观开发界,能够巧妙运用IO,不但对于公司,而且对于开发人员都非常的重要.Java的IO机制也是一直在不断的完善,以 ...

  9. 对于BIO/NIO/AIO,你还只停留在烧开水的水平吗?

    1.发发牢骚 相信大家在网上看过不少讲解 BIO/NIO/AIO 的文章,文章中举起栗子来更是夯吃夯吃一大堆,我是越看越觉得 What are you 你讲啥嘞? 本文将针对 BIO/NIO/AIO ...

随机推荐

  1. CentOS7 部署 Django 项目

    1. 更新系统软件包 yum update -y 2. 安装软件管理包和可能使用的依赖 yum -y groupinstall "Development tools" yum in ...

  2. arduino控制A9G发送短信

    #include<SoftwareSerial.h> #define phonenum_call "18150561160" // 最好移动卡 联通卡支持度不是很好 S ...

  3. CF1041C Coffee Break

    CF1041C Coffee Break 题目大意: 给定nn个数和一个kk,这nn个数都不超过mm 每次从没被去掉的数里面选一个数aa,去掉aa,然后可以任意一个b(b>a+k)b(b> ...

  4. 【CF525E】Anya and Cubes(meet in middle)

    点此看题面 大致题意: 在\(n\)个数中选任意个数,并使其中至多\(k\)个数\(x_i\)变为\(x_i!\),求使这些数和为\(S\)的方案数. \(meet\ in\ middle\) 这应该 ...

  5. SpringBoot-@ControllerAdvice 拦截异常并统一处理

    SpringBoot是为了简化Spring应用的创建.运行.调试.部署等一系列问题而诞生的产物, 自动装配的特性让我们可以更好的关注业务本身而不是外部的XML配置,我们只需遵循规范,引入相关的依赖就可 ...

  6. Docker 镜像-管理-导入-导出

    目录 Docker 镜像基本概念 Docker 镜像加速 Docker 镜像 常用命令 Docker 镜像的创建和导出导入 Docker 镜像基本概念 我们使用的容器都是基于镜像的,镜像是由多层组成的 ...

  7. AI与数学笔记之深入浅出的讲解傅里叶变换(真正的通俗易懂)

    原文出处: 韩昊    # 作 者:韩 昊 # 知 乎:Heinrich # 微 博:@花生油工人 # 知乎专栏:与时间无关的故事 # 谨以此文献给大连海事大学的吴楠老师,柳晓鸣老师,王新年老师以及张 ...

  8. Java生鲜电商平台-物流配送的设计与架构

    Java生鲜电商平台-物流配送的设计与架构 说明:由于Java开源生鲜电商平台是属于自建物流系统,也就是买家下的单,需要公司派物流团队进行派送.            业务需求中买家的下单时间控制在: ...

  9. 工作笔记--adb命令篇

    1.抓log方法 (bat文件) mkdir D:\logcatset /p miaoshu=请描述操作:adb logcat -v threadtime > D:\logcat\%miaosh ...

  10. Python常用代码,置顶备用!

    1.jupyter notebook 设置全部行输出: # 设置全部行输出 from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShellInte ...