BIO & NIO & NIO常见框架

BIO & NIO

BIO - Blocking IO - 同步式阻塞式IO --- UDP/TCP

NIO - New  IO - 同步式非阻塞式IO

AIO  - AsynchronousIO - 异步式非阻塞式IO - jdk1.8

BIO的缺点：

1.会产生阻塞行为 --- receive/accept/connect/read/write

2.一对一的连接:每连接一个客户端,在服务器端就需要开启一个线程去处理请求.在客户端较多的情况下,服务器端就会产生大量的线程 - 耗费内存

3.连接建立之后如果不发生任何的操作.那么就会导致服务器中的这个线程依然被占用,耗费服务器的资源

4.无法实现定点操作

NIO的三个基本组件：

Buffer-缓冲区, Channel-通道, Selector-多路复用选择器

Buffer-缓冲区

容器 - 存储数据 - 在底层存储数据的时候实际上是以数组形式来存储

capacity - 容量位 - 指定缓冲区的容量

limit - 限制位 - 限制操作位所能达到的尺度

position - 操作位 - 指定要操作的位置

mark - 标记位 - 标记位置,认为标记位置之前的数据是已经操作过的没有错误的数据

mark <= position <= limit <= capacity

flip - 反转缓冲区:先将限制位挪到操作位上, 然后将操作位归零, 清空标记位

clear - 清空缓冲区: 将操作位归零,将limit挪到capacity,将标记位清空

reset - 重置缓冲区: 将操作位挪到标记位

rewind - 重绕缓冲区: 将操作位归零,将标记位清空 --- 缓冲区多次读取

Channel-通道

传输数据 - 是面向缓冲区的。在java中，Channel默认也是阻塞的，需要手动将其设置为非阻塞模式。

BIO: File、UDP - DatagramSocket、TCP - Socket, ServerSocket

NIO: FileChannel、UDP - DatagramChannel、TCP - SocketChannel, ServerSocketChannel

FileChannel - 操作文件，可以利用通道实现相同平台之间的零拷贝技术。

Selector-多路复用选择器

进行选择 - 是面向通道进行操作。要求通道在使用的时候必须设置为非阻塞

客户端

可连接，可读、可写

服务端

可接受，可读，可写

通过Selector可以实现利用同一个服务器端来处理多个客户端的数据 --- 可以用少量线程处理大量的请求 --- 在底层处理的时候实际上依然是同步的

NIO的优势：

1.非阻塞：提高传输效率

2.一对多的连接：可以用一个或者少量的服务器中的线程来处理大量的请求，从而节省服务器的内存资源

3.即使已经建立连接，只要没有对应的读写事件，那么依然不能够使用服务器来进行处理

4.利用通道实现数据的双向传输

5.因为利用缓冲区来存储数据，所以可以对缓冲区中的数据实现定点操作

NIO常见框架比较

一.通信框架

流行基于Java NIO通信框架有Mina、Netty、Grizzly等。接下来说下它们之间的对比。 二.它们的出身

Mina出身于开源界的大牛Apache组织；

Netty出身于商业开源大亨Jboss；

Grizzly则出身于Sun公司。

三.它们的设计理念

1、Mina

Mina(Multipurpose Infrastructure for Network Applications) 是 Apache 组织一个较新的项目，它为开发高性能

和高可用性的网络应用程序提供了非常便利的框架。当前发行的 Mina 版本2.04支持基于 Java NIO 技术的

TCP/UDP 应用程序开发、串口通讯程序，Mina 所支持的功能也在进一步的扩展中。 目前，正在使用Mina的应用

包括：Apache Directory Project、AsyncWeb、AMQP（Advanced Message Queuing Protocol）、RED5

Server（Macromedia Flash Media RTMP）、ObjectRADIUS、 Openfire等等。

2、Netty

Netty是一款异步的事件驱动的网络应用框架和工具，用于快速开发可维护的高性能、高扩展性协议服务器和客户

端。也就是说，Netty是一个NIO客户端/服务器框架，支持快速、简单地开发网络应用，如协议服务器和客户端。

它极大简化了网络编程，如TCP和UDP套接字服务器。

3、Grizzly

Grizzly是一种应用程序框架，专门解决编写成千上万用户访问服务器时候产生的各种问题。使用JAVA NIO作为基

础，并隐藏其编程的复杂性。容易使用的高性能的API。带来非阻塞socket到协议处理层。利用高性能的缓冲和缓

冲管理使用高性能的线程池。

从设计的理念上来看，Mina的设计理念是最为优雅的。当然，由于Netty的主导作者与Mina的主导作者是同一人，

出自同一人之手的Netty在设计理念上与Mina基本上是一致的。而Grizzly在设计理念上就较差了点，几乎是

JavaNIO的简单封装。

四.Netty为什么这么火？

Netty是目前最流行的由JBOSS提供的一个Java开源框架NIO框架，Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框

架和工具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。 相比JDK原生NIO，Netty提供了相对十分

简单易用的API，非常适合网络编程。Netty是完全基于NIO实现的，所以Netty是异步的。

作为一个异步NIO框架，Netty的所有IO操作都是异步非阻塞的，通过Future-Listener机制，用户可以方便的主动

获取或者通过通知机制获得IO操作结果。

Netty无疑是NIO的老大，它的健壮性、功能、性能、可定制性和可扩展性在同类框架都是首屈一指的。它已经得

到成百上千的商业/商用项目验证，如Hadoop的RPC框架Avro、RocketMQ以及主流的分布式通信框架Dubbo等

等。 为什么这么火，是有原因的。

Netty的优点可以总结如下：

API使用简单，开发门槛低；

功能强大，预置了多种编解码功能，支持多种主流协议；

定制能力强，可以通过ChannelHandler对通信框架进行灵活地扩展；

性能高，通过与其他业界主流的NIO框架对比，Netty的综合性能最优；

成熟、稳定，Netty修复了已经发现的所有JDK NIO BUG，业务开发人员不需要再为NIO的BUG而烦

恼；

社区活跃，版本迭代周期短，发现的BUG可以被及时修复，同时，更多的新功能会加入；

经历了大规模的商业应用考验，质量得到验证。在互联网、大数据、网络游戏、企业应用、电信软件等

众多行业得到成功商用，证明了它已经完全能够满足不同行业的商业应用了。

与Mina相比有什么优势：

1. 都是Trustin Lee的作品，Netty更晚；

2. Mina将内核和一些特性的联系过于紧密，使得用户在不需要这些特性的时候无法脱离，相比下性能会有

所下降，Netty解决了这个设计问题；

3. Netty的文档更清晰，很多Mina的特性在Netty里都有；

4. Netty更新周期更短，新版本的发布比较快；

5. 它们的架构差别不大，Mina靠apache生存，而Netty靠jboss，和jboss的结合度非常高，Netty有对

google protocal buf的支持，有更完整的ioc容器支持(spring,guice,jbossmc和osgi)；

6. Netty比Mina使用起来更简单，Netty里你可以自定义的处理upstream events或/和downstream

events，可以使用decoder和encoder来解码和编码发送内容；

7. Netty和Mina在处理UDP时有一些不同，Netty将UDP无连接的特性暴露出来；而Mina对UDP进行了高

级层次的抽象，可以把UDP当成"面向连接"的协议，而要Netty做到这一点比较困难。

8. 从任务调度粒度上看，mina会将有IO任务的session写入队列中，当循环执行任务时，则会轮询所有的

session，并依次把session中的所有任务取出来运行。这样粗粒度的调度是不公平调度，会导致某些请

求的延迟很高。