NIO和传统 BIO的性能较量

NIO和阻塞式IO的性能较量

基于 JDK 17 + Netty 4.1 的 实战压测报告 阻塞 I/O = 传统 BIO，NIO = 非阻塞 I/O（Netty 封装）

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目录

1. 测试背景
2. 环境配置
3. 测试用例设计
4. 压测结果
5. 结果分析
6. 调优建议
7. 总结

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测试背景

• 阻塞 I/O（BIO） ：ServerSocket.accept() + 一连接一线程
• 非阻塞 I/O（NIO） ：Selector + 单线程管理万连接

疑问 ：QPS、延迟、内存、CPU 到底差多少？ 答案 ：实测 10 倍差距 起步。

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环境配置

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项目	值
CPU	Intel i7-12700H 14 核
内存	32 GB DDR4
OS	Ubuntu 22.04
JDK	17.0.8
压测工具	wrk 4.1.0
网络	本地回环（排除网卡干扰）

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测试用例设计

1. 阻塞 I/O（BIO）版本

// 每连接新建线程
while (true) {
    Socket socket = serverSocket.accept();
    new Thread(() -> handle(socket)).start();
}
private static void handle(Socket socket) {
    try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
         PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true)) {
        String line = in.readLine();
        out.println("HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: 5\r\n\r\nHello");
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

2. 非阻塞 I/O（NIO）版本

EventLoopGroup boss = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup worker = new NioEventLoopGroup(0);
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap()
        .group(boss, worker)
        .channel(NioServerSocketChannel.class)
        .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
            @Override
            protected void initChannel(SocketChannel ch) {
                ch.pipeline().addLast(new HttpServerCodec());
                ch.pipeline().addLast(new SimpleChannelInboundHandler<HttpRequest>() {
                    @Override
                    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, HttpRequest msg) {
                        FullHttpResponse resp = new DefaultFullHttpResponse(
                                HttpVersion.HTTP_1_1,
                                HttpResponseStatus.OK,
                                Unpooled.wrappedBuffer("Hello".getBytes()));
                        ctx.writeAndFlush(resp);
                    }
                });
            }
        });
b.bind(8080).sync();

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压测结果

命令

wrk -t12 -c1000 -d30s http://localhost:8080/

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指标	BIO (1 线程/连接)	NIO (Netty)	倍数
QPS	12,000	158,000	×13
P99 延迟	85 ms	6.5 ms	×13
线程数	1000+	16	×62
内存峰值	2.4 GB	180 MB	×13
CPU 利用率	420%	380%	相近

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结果分析

1. 线程模型

   • BIO：一连接一线程，上下文切换爆炸。
   • NIO：事件驱动，单线程管理万连接，零切换。

2. 内存

   • BIO：每条线程 1 MB 栈 + 缓冲区。
   • NIO：池化 DirectBuffer，复用内存。

3. 延迟

   • BIO：阻塞 read() 导致排队。
   • NIO：非阻塞 + 零拷贝，P99 降低一个数量级。

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调优建议

场景	参数
Linux 高并发	EpollEventLoopGroup
线程数	EventLoopGroup(0) 自动 CPU*2
内存	-XX:MaxDirectMemorySize=2G
TCP	SO_BACKLOG=1024, TCP_NODELAY=true

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总结

• QPS ：NIO 是 BIO 的 10+ 倍
• 延迟 ：P99 从 百毫秒降到毫秒级
• 资源 ：线程数 百分之一 ，内存 十分之一