BIO、NIO、AIO入门认识

同步、异步。阻塞。非阻塞概念理解。

同步：

• 比如在执行某个逻辑业务，在没有得到结果之前一直处于等待阻塞状态，得到结果后才继续执行

异步：

• 比如在执行某个逻辑业务，在没有得到结果可以去干其他的事情，等待通知再回来执行刚才没执行完的操作。

阻塞：

• 比如在执行某个逻辑业务，在结果没有返回之前，当前线程会被挂起，直到有结果了才继续执行

非阻塞：

• 非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程的执行，继续执行直接返回　　　　

IO、BIO、NIO、AIO

• 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端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会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。
• 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。
• Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

IO :　

　　IO操作分为两个部分：发起IO请求、IO数据读写,再简单一点就input和output流，作用于数据传　

BIO : 同步阻塞IO

　　同步阻塞IO处理 在程序的开发之中Java里面最小的处理单元就是线程，也就是说每一个线程可以进行IO的处理，在处理之中，该线程无法进行任何的其他操作。 多线程是不可能无限制进行创造的，所以需要去考虑堆线程进行有效的个数控制。如果产生的线程过多，那么直接的问题在于，处理性能降低 ，响应的速度变慢。 需要去区分操作系统的内核线程，以及用户线程的区别，所以最好与内核线程有直接联系，需要使用到固定线程池。 【BIO】现在烧水，意味着你现在需要一直盯着水壶去看，一直看它已经烧为止，在这之中你什么都干不了。

　　最广泛的模型是阻塞I/O模型，默认情况下,整个过程是阻塞的，直到数据复制到进程缓冲区时才返回

　

NIO : 同步非阻塞IO

　　同步非阻塞IO处理 在传统的Java环境里面，最初的程序需要依赖于JVM虚拟机技术。最早的时候由于虚拟机的性能很差，所以很少有人去关注通讯的速度问题，大部分的问题都出现在了CPU处理上。 但是随着硬件的性能提升，实际上CPU的处理速度加强了。所以从JDK 1.4开始就引入NIO的开发包，可以带来底层数据的传输性能。 在NIO之中采用了一个Reactor事件模型，注册的汇集点Selector 【NIO】烧水，不会一直傻站着看，你采用轮询的方式来观察水是否烧开。

　

　NIO的三个组成部分: Channel(通道)、Buffer(缓冲区)、Selecter(选择器)

　　Channel  ：通道

　　　Channel是一个对象，连接Date数据和缓冲区的桥梁，看以看成IO中的流，不同的是：　

• • 流分为读取流和写入流是单向的，通道是双向的，既可以读又可以写;

  • hannel可以进行异步的读写;

  • Channel是通过Buffer来读写数据的，Buffer才是处理数据的对象，Channel只是桥梁

  • 因为Channel是双向的，所以Channel可以比流更好地反映出底层操作系统的真实情况

　　Buffer   ：缓冲区

　　　Buffer是一个缓冲区对象，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的

　　　　从Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤

　　　　　写入数据到 Buffer；

　　　　　调用 flip() 方法；

　　　　　从 Buffer 中读取数据；

　　　　　调用 clear() 方法或者 compact() 方法。

• 当向 Buffer 写入数据时，Buffer 会记录下写了多少数据。

• 一旦要读取数据，需要通过 flip() 方法将 Buffer 从写模式切换到读模式。

• 在读模式下，可以读取之前写入到 Buffer 的所有数据。

• 一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。

• 有两种方式能清空缓冲区：调用 clear() 或 compact() 方法。

• clear() 方法会清空整个缓冲区。compact() 方法只会清除已经读过的数据。

• 任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

•     public void test1(String r,String w) throws IOException {
          //声明读取文件和写入文件
          FileInputStream fi=new FileInputStream(new File(r));
          FileOutputStream fo=new FileOutputStream(new File(w));
          //获得传输通道channel
          FileChannel inChannel=fi.getChannel();
          FileChannel outChannel=fo.getChannel();
      　　//获得容器buffer
          ByteBuffer buffer= ByteBuffer.allocate(1024);
          while(true){
              //判断是否读完文件
              int eof =inChannel.read(buffer);
              if(eof==-1) {
                  break;
              }      
          //从读取模式转换我写入模式
          buffer.flip();
          //开始写
          outChannel.write(buffer);
          //写完要清空重置buffer缓冲区，
          buffer.clear();
          }
          inChannel.close();
          outChannel.close();
          fi.close();
          fo.close();
      }   
  }

Selector ：选择器

　Selecter是一个选择器对象，它可以注册到各个Channel上并监听发生的事件，

　　优点：1.通过一个线程管理多个Channel，就可以处理大量网络连接了。

　　　　　2.线程上下文的切换在高并发是的开销很大，使用Selecter,对许系统动用的线程来说，是优化的

　　由于selector的原因，可以将NIO简单区分为两种：普通的NIO，和多路复用的NIO（加入了selector管理）

　　　普通的NIO : 　　　　　　　　

• • 　NIO在IO操作的准备数据阶段时有一个轮询操作，

  • 　会不停地发出“system call”到kernel轮询数据是否准备好，

  • 　没准备好，应用进程可以处理其他事，

  • 　准备好了之后在发出一个“system call”到kernel进行第二个阶段复制数据，

  • 　这个过程是blocking的，所以NIO的特点就是在IO执行的第一阶段不会阻塞，

  • 　但是在第二阶段将数据从内核拷贝到进程这个真是的IO操作还是会阻塞。

　　　多路复用NIO:　　　　　　　　

• • 　多路复用的NIO则是上述的普通NIO的补充，

  • 　在并发量过大的情况下，不可能每个线程都要轮询自己的IO状态，

  • 　这时就可以使用selector管理所有的IO通道channel，

  • 　开启一个线程，便可解决成千上万的高并发问题

 

 　

AIO:异步IO

　　异步非阻塞IO、是在JDK 1.7的时候才推出的模型。 是利用了本地操作系统的IO操作处理模式，当有IO操作产生之后，会启动有一个单独的线程，它将所有的IO操作全部交由系统完成，只需要知道返回结果即可。 主要的模式是基于操作回调的方式来完成处理的，如果以烧水为例：在烧水的过程之中你不需要去关注这个水的状态，在烧水完成后才进行通知。

1. 虽然NIO在网络操作中，提供了非阻塞的方法，但是NIO的IO行为还是同步的。

2. 对于NIO来说，我们的业务线程是在IO操作准备好时，得到通知，接着就由这个线程自行进行IO操作，IO操作本身是同步的。

3. AIO它不是在IO准备好时再通知线程，而是在IO操作已经完成后，再给线程发出通知,因此AIO是不会阻塞的

4. 此时我们的业务逻辑将变成一个回调函数，等待IO操作完成后，由系统自动触发,节省了NIO中selector循环遍历检测数据就绪的资源开销

5. 与NIO不同，当进行读写操作时，只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的;

6. 对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；

7. 对于写操作而言，当操作系统将write方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。

8. 即可以理解为，read/write方法都是异步的，完成后会主动调用回调函数。

　 

三个IO模型的适用场景　

• 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方式使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。