BIO、NIO、AIO的区别？

文章目录

• BIO、NIO、AIO的区别？
• • [为什么不使用java 原生nio](#为什么不使用java 原生nio)
  • • 哪些项目使用了netty
  • BIO
  • • 阻塞I/O存在问题
  • [NIO（nonblocking IO）](#NIO（nonblocking IO）)
  • • [Java NIO channel(通道)、buffer、selector（选择器）](#Java NIO channel(通道)、buffer、selector（选择器）)
  • [AIO(Asynchronous I/O）](#AIO(Asynchronous I/O）)

BIO、NIO、AIO的区别？

Java 中的 BIO、NIO和 AIO 理解为是 Java 语言对操作系统的各种 IO 模型的封装。程序员在使用这些 API 的时候，不需要关心操作系统层面的知识，也不需要根据不同操作系统编写不同的代码。只需要使用Java的API就可以了。

为什么不使用java 原生nio

使用 JDK 原生 NIO 进行网络编程确实存在一些挑战和不便：

• 需要手动管理 Selector、Channel 和 Buffer代码实现相对复杂，相比 ，Netty等框架，开发周期长，实现相同功能需要更多代码。
• Netty 提供更简洁的 API，性能和可靠性更有保障。推荐使用Netty等成熟NIO框架，可以显著降低开发复杂度。

哪些项目使用了netty

阿里分布式服务框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 协议进行节点间通信，Dubbo 协议默认使用 Netty 作为基础通信组件，用于实现各进程节点之间的内部通信。

淘宝的消息中间件 RocketMQ 的消息生产者和消息消费者之间，采用 Netty 进行高性能、异步通信。

Hadoop 的高性能通信和序列化组件 Avro 的 RPC 框架，默认采用 Netty 进行跨节点通信，它的 Netty Service 基于 Netty 框架二次封装实现。

Elasticsearch（分布式搜索引擎）、gRPC（谷歌开源的RPC框架）、Spark（开源大数据计算框架）、分布式计算框架 Storm、并发应用和分布式应用 Akka。

Netty 基本是 Java 语言处理网络 IO 的首选框架，性能和稳定性都有保障，社区比较活跃，基于 Netty 进行二次定制服务成本小。

BIO

阻塞IO，即在读写数据的过程中会发生阻塞现象。

当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，操作系统就会将数据从内核空间拷贝到用户空间，并返回结果给用户线程，用户线程才解除阻塞状态。

（因为我们的用户程序只能获取用户空间的内存，无法直接获取内核空间的内存）

java1.4以前的io模型，一连接对一个线程。同步阻塞IO， 其实就是服务端创建一个ServerSocket， 然后就是客户端用一个Socket去连接服务端的那个ServerSocket， ServerSocket接收到了一个的连接请求就创建一个Socket和一个线程去跟那个Socket进行通讯。

阻塞I/O存在问题

一个使用传统阻塞I/O的系统,如果还是使用传统的一个请求对应一个线程这种模式,一旦有高并发的大量请求,就会有如下问题：

1、线程不够用, 就算使用了线程池复用线程也无济于事;

2、阻塞I/O模式下,会有大量的线程被阻塞,一直在等待数据,这个时候的线程被挂起,只能干等,CPU利用率很低,换句话说,系统的吞吐量差;

3、如果网络I/O堵塞或者有网络抖动或者网络故障等,线程的阻塞时间可能很长。整个系统也变的不可靠;

NIO（nonblocking IO）

当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个error时（数据未准备就绪），它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。所以事实上，在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就说非阻塞IO不会交出CPU，而会一直占用CPU。

NIO 是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有 10000 个请求过来,根据实际情况，可以分配50 或者 100 个线程来处理。不像之前的阻塞 IO 那样，非得分配 10000 个。

这里面优化BIO的核心就是，一个客户端并不是时时刻刻都有数据进行交互，没有必要死耗着一个线程不放，所以客户端选择了让线程歇一歇，只有客户端有相应的操作的时候才发起通知，创建一个线程来处理请求。

因为无论多少客户端都可以接入服务端，客户端接入并不会耗费一个线程，只会创建一个连接然后注册到selector上，你就可以去干其他你想干的其他事情了， 一个selector线程不断的轮询所有的socket连接，发现有事件了就通知你，然后你就启动一个线程处理一个请求即可，这个过程的话就是非阻塞的。但是这个处理的过程中，你还是要先读取数据，处理，再返回的，这是个同步的过程。

Java NIO channel(通道)、buffer、selector（选择器）

Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器。NIO的线程模型 对Socket发起的连接不需要每个都创建一个线程，完全可以使用一个Selector来多路复用监听N多个Channel是否有请求。

AIO(Asynchronous I/O）

通过AIO发起个文件IO操作之后，你立马就返回可以干别的事儿了，接下来你也不用管了，操作系统自己干完了IO之后，告诉你说ok了， 当你基于AIO的api去都写文件的时候， 当你发起一个请求之后，剩下的事情就是交给了操作系统，当读写完成后， 操作系统会来回调你的接口， 告诉你操作完成， 在这期间不需要等待， 也不需要去轮询判断操作系统完成的状态 ，你可以去干其他的事情。 同步就是自己还得主动去轮询操作系统，异步就是操作系统反过来通知你。所以来说， AIO就是异步非阻塞的。