Java中BIO，NIO，AIO的理解

在高性能的I/O体系设计中，有几个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？

先来举个现实生活中的例子：

如果你想吃一份宫保鸡丁盖饭，

同步阻塞：你到饭馆点餐，然后在那儿等着，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。不过遛一会儿，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，一会儿给你送过来，安心遛狗就可以了。

在弄清楚以上几个问题之前，我们首先得明白什么是同步、异步、阻塞、非阻塞，只有这几个概念单个理解清楚了，然后再组合起来理解，就比较容易了。

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时，根据I/O操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或写入操作函数的实现方式。阻塞方式下，读取或写入函数将一直等待，而非阻塞方式下，读取或写入函数会立即返回一个状态值。

以上描述可以总结为一句简短的话：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I/O操作并等待或轮询地去查看I/O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I/O操作以后便开始做自己的事情，而当I/O操作完成的时候会得到“I/O完毕”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、颜色、款式，委托朋友去买，然后自己可以去干别的事（使用异步I/O时，Java将I/O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，或暂时不可写，程序就进入等待状态，直到有东西可读或可写为止。去地铁站充值，发现这个时候充值员不在（可能上厕所去了），然后我们就在原地等待，一直等到充值员回来为止。

4 非阻塞：非阻塞状态下，如果没有东西可读，或不可写，读写函数马上返回，而不会等待。在银行里办业务时，领取一张小票，之后我们可以玩手机，或与别人聊聊天，当轮到我们时，银行的喇叭会通知，这时候我们就可以去办业务了。

一个I/O操作其实分成了两个步骤：发起I/O请求和实际的I/O操作。

同步I/O和异步I/O的区别就在于第二个步骤是否阻塞，如果实际的I/O读写阻塞请求进程，那么就是同步I/O。

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

I/O。

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I/O操作并等待或轮询地去查看I/O操作是否就绪，而异步是指用户进程触发I/O操作以后便开始做自己的事情，而当I/O操作完成的时候会得到I/O完毕的通知。

阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据时，根据I/O操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是读取或写入操作函数的一种实现方式，阻塞方式下读写函数一直等待，而非阻塞方式下，读写函数会立即返回一个状态值。

所以，I/O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I/O操作后，必须等待I/O操作的完成，只有当真正完成了I/O操作以后，用户进程才能运行。JAVA传统的I/O模式属于此种方式。

同步非阻塞（NIO）：

在此种方式下，用户进程发起一个I/O操作以后便可返回做其他事情，但是用户进程需要时不时地询问I/O操作是否就绪，这就要求用户周期性地去询问，从而引入不必要的CPU资源浪费。目前JAVA的NIO就属于同步非阻塞I/O。

异步非阻塞（AIO）：

此种方式下是指用户进程发起一个I/O操作以后，不等待内核I/O操作的完成，内核完成I/O操作以后会通知用户进程。

同步阻塞I/O（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就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I/O（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。用户进程需要时不时地询问I/O操作是否就绪，这就要求用户进程周期性地去询问。

异步阻塞I/O （JAVA NIO）：

此种方式下是指应用发起一个I/O操作以后，不等待I/O操作的完成，内核完成I/O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，同步必须等待或主动地去询问I/O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！

异步非阻塞I/O（JAVA AIO（NIO.2））：

此种方式下，用户进程之需要发起一个I/O操作然后立即返回，等I/O操作真正地完成以后，应用程序会得到I/O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I/O读写操作，因为真正的I/O读写操作已经由内核完成了。

BIO、NIO、AIO的适用场景分析：

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方式适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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