【BIO、NIO、AIO的区别?】

1. 阻塞与非阻塞

  • BIO (Blocking I/O)

    同步阻塞模型,线程发起读写请求后必须等待操作完成 。例如当调用InputStream.read()时,线程会阻塞直到数据就绪。

  • NIO (Non-blocking I/O)

    同步非阻塞模型,通过Selector实现事件驱动机制。线程可以通过轮询方式检查多个通道的就绪状态,当没有就绪事件时,线程可执行其他任务。

  • AIO (Asynchronous I/O)

    异步非阻塞模型,采用回调机制。线程发起读写请求后立即返回,操作系统完成IO操作后通过回调函数通知应用程序。

2. 缓冲区设计

  • BIO

    基于流式处理,直接操作字节流或字符流:

    java 复制代码
    InputStream in = socket.getInputStream();
    int data = in.read(); // 直接从流中读取
  • NIO

    强制使用Buffer进行块数据传输,提供堆内外内存支持:

    java 复制代码
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
    channel.read(buffer); // 数据先写入缓冲区
  • AIO

    通过CompletionHandler实现零拷贝优化,操作系统直接管理数据缓冲区。

3. 线程模型对比

模型 线程消耗 适用场景
BIO 1:1 (连接:线程) 低并发短连接(<1000)
NIO M:N (多路复用) 高并发短连接(如聊天服务器)
AIO 1:M (事件回调) 高并发长连接(如文件服务器)

4. 性能指标

  • 吞吐量
    T N I O ≈ 3 × T B I O ( 千兆网络环境 ) T_{NIO} \approx 3 \times T_{BIO} \quad (千兆网络环境) TNIO≈3×TBIO(千兆网络环境)
    T A I O ≥ 1.5 × T N I O ( L i n u x e p o l l 实现 ) T_{AIO} \geq 1.5 \times T_{NIO} \quad (Linux epoll实现) TAIO≥1.5×TNIO(Linuxepoll实现)

  • 延迟特性

    • BIO:固定延迟(受线程切换影响)
    • NIO:波动延迟(受事件轮询间隔影响)
    • AIO:稳定低延迟(依赖操作系统优化)
架构选择建议
  1. 传统Web应用:NIO(Netty框架)
  2. 大文件传输:AIO(JDK7+)
  3. 遗留系统维护:BIO(兼容旧协议)
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