NIO与BIO

当谈到 Java 网络编程时，经常会听到两个重要的概念：BIO（Blocking I/O，阻塞 I/O）和 NIO（Non-blocking I/O，非阻塞 I/O）。它们都是 Java 中用于处理 I/O 操作的不同编程模型。

一、介绍

1. BIO（Blocking I/O）

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。

在 BIO 模型中，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。

2. NIO（Non-blocking I/O）

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 主要通过以下几个核心组件来实现非阻塞 I/O：

• 通道（Channel）：提供了全双工、非阻塞的数据传输通道，可以通过通道读取和写入数据。
• 缓冲区（Buffer）：用于在通道和应用程序之间传输数据的中介，存储读取或写入的数据。
• 选择器（Selector）：用于监听多个通道的事件，当通道发生读写事件时，可以通过选择器来选择感兴趣的事件进行处理。

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。

"Non-blocking I/O"（非阻塞 I/O）通常也被称为 "New I/O"（新 I/O）。在 Java 中，NIO（New I/O）包提供了一套非阻塞的 I/O 操作方式，因此人们常常将其简称为 "New I/O"。这个术语可能源自于 Java 1.4 版本中引入 NIO 的时代，当时这种非阻塞 I/O 模型被认为是一种新的、先进的技术。

所以，虽然 "New I/O" 并不是一个严格意义上的术语，但在 Java 社区中，它通常被用来指代 NIO（Non-blocking I/O）相关的技术和包。

3、总结

BIO 和 NIO 是 Java 中常用的两种 I/O 模型，各有优缺点：

• BIO 简单易懂，适用于连接数较少且连接持续时间较长的场景，但在高并发情况下性能较差。
• NIO 提供了非阻塞、多路复用的网络编程方式，适用于高并发、短连接的场景，能够提高系统的性能和吞吐量，但编程复杂度较高。

二、Tomcat文件配置

在Tomcat的配置文件中也涉及到NIO（Non-blocking I/O，即非阻塞 I/O）与BIO（Blocking I/O，阻塞式I/O）的设置。

Tomcat 是一个流行的开源的 Java Servlet 容器，用于实现 Java Servlet 和 JavaServer Pages 技术。它支持多种 I/O 模型，包括 NIO 和 BIO。

在 Tomcat 的配置文件中，一般通过 Connector 元素配置连接器，其中的 protocol 属性用于指定使用的协议。在使用 NIO 或 BIO 时，通常会设置对应的协议，如下所示：

<!-- 使用NIO协议 -->
<Connector port="8080" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
           connectionTimeout="20000"
           redirectPort="8443" />

<!-- 使用BIO协议 -->
<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
           connectionTimeout="20000"
           redirectPort="8443" />

在上面的示例中，当 protocol 属性设置为 org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol 时，表示使用 NIO 协议；当 protocol 属性设置为 HTTP/1.1 时，表示使用 BIO 协议。

通过配置连接器的协议，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。 NIO 模型相比 BIO 模型具有更好的性能和扩展性，特别适用于高并发的场景。

三、NGINX 的配置相关

在 NGINX 的配置中，并没有像 Tomcat 那样直接涉及到具体的 I/O 模型的配置选项。NGINX 是一个高性能的 Web 服务器，它使用了事件驱动的异步架构来处理连接和请求，但是具体的事件驱动模型对用户是透明的，不需要用户手动配置。

NGINX 的事件驱动模型默认使用了 epoll（在 Linux 上）或 kqueue（在 BSD 和 macOS 上）等高性能的事件模型，以实现高并发、高吞吐量的请求处理。这些细节对于用户来说是不可见的，NGINX 会根据系统和编译时的参数自动选择最佳的事件模型，并且在大多数情况下不需要用户进行额外的配置。

因此，在 NGINX 的配置文件中，一般不需要关心具体的 I/O 模型，用户只需要关注配置 NGINX 的监听端口、虚拟主机、反向代理、负载均衡等功能即可。

四、涉及到的框架与中间件

在Java生态系统中，许多中间件和框架都涉及到了NIO（New I/O）和BIO（Blocking I/O）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，它们可能涉及到NIO和BIO：

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。

2. 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。

3. 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 的协议来指定。

4. 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。

5. 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。

6. 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。

7. 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。

8. 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。

这些是常见的一些中间件和框架，在网络通信方面涉及到了 NIO 和 BIO 的使用。选择适合的 I/O 模型可以根据具体的应用场景和性能需求来决定，以提高系统的性能和吞吐量。