詳解BIO與NIO的區(qū)別
一、 Reactor and Proactor
IO讀寫時(shí)，多路復(fù)用機(jī)制都會(huì)依賴對(duì)一個(gè)事件多路分離器，負(fù)責(zé)把源事件的IO 事件分離出來，分別到相應(yīng)的read/write事件分離器。涉及到事件分離器的兩種模式分別就是 Reactor和Proactor，Reactor是基于同步IO的，Proactor是基于異步IO的。
在Reactor模式中，事件分離者等待某個(gè)事件或者可應(yīng)用或個(gè)操作的狀態(tài)發(fā)生(比如文件描述符可讀寫，或者是socket可讀寫),事件分離者就把這個(gè)事件傳給事先注冊(cè)的事件處理函數(shù)或者回調(diào)函數(shù)，由后者來做實(shí)際的讀寫操作。
在Proactor模式中，事件處理者(或者代由事件分離者發(fā)起)直接發(fā)起一個(gè)異步讀寫操作(相當(dāng)于請(qǐng)求)，而實(shí)際的工作是由操作系統(tǒng)來完成的。發(fā)起時(shí)，需要提供的參數(shù)包括用于存放讀到數(shù)據(jù)的緩存區(qū)，讀的數(shù)據(jù)大小，或者用于存放外發(fā)數(shù)據(jù)的緩存區(qū)，以及這個(gè)請(qǐng)求完后的回調(diào)函數(shù)等信息。事件分離者得知了這個(gè)請(qǐng)求，它默默等待這個(gè)請(qǐng)求的完成，然后轉(zhuǎn)發(fā)完成事件給相應(yīng)的事件處理者或者回調(diào)。舉例來說，在Windows上事件處理者投遞了一個(gè)異步IO操作(稱有 overlapped的技術(shù))，事件分離者等IOCompletion事件完成. 這種異步模式的典型實(shí)現(xiàn)是基于操作系統(tǒng)底層異步API的，所以我們可稱之為“系統(tǒng)級(jí)別”的或者“真正意義上”的異步，因?yàn)榫唧w的讀寫是由操作系統(tǒng)代勞的。
舉個(gè)例子，將有助于理解Reactor與Proactor二者的差異，以讀操作為例(類操作類似)。
在Reactor中實(shí)現(xiàn)讀：
- 注冊(cè)讀就緒事件和相應(yīng)的事件處理器
- 事件分離器等待事件
- 事件到來，激活分離器，分離器調(diào)用事件對(duì)應(yīng)的處理器。
- 事件處理器完成實(shí)際的讀操作，處理讀到的數(shù)據(jù)，注冊(cè)新的事件，然后返還控制權(quán)。
與如下Proactor(真異步)中的讀過程比較：
- 處理器發(fā)起異步讀操作(注意：操作系統(tǒng)必須支持異步IO)。在這種情況下，處理器無視IO就緒事件，它關(guān)注的是完成事件。
- 事件分離器等待操作完成事件
- 在分離器等待過程中，操作系統(tǒng)利用并行的內(nèi)核線程執(zhí)行實(shí)際的讀操作，并將結(jié)果數(shù)據(jù)存入用戶自定義緩沖區(qū)，最后通知事件分離器讀操作完成。
- 事件分離器呼喚處理器。
- 事件處理器處理用戶自定義緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng)一個(gè)新的異步操作，并將控制權(quán)返回事件分離器。
可以看出，兩個(gè)模式的相同點(diǎn)，都是對(duì)某個(gè)IO事件的事件通知(即告訴某個(gè)模塊，這個(gè)IO操作可以進(jìn)行或已經(jīng)完成)。在結(jié)構(gòu)
上，兩者也有相同點(diǎn)：demultiplexor負(fù)責(zé)提交IO操作(異步)、查詢?cè)O(shè)備是否可操作(同步)，然后當(dāng)條件滿足時(shí)，就回調(diào)handler;
不同點(diǎn)在于，異步情況下(Proactor)，當(dāng)回調(diào)handler時(shí)，表示IO操作已經(jīng)完成;同步情況下(Reactor)，回調(diào)handler時(shí)，表示
IO設(shè)備可以進(jìn)行某個(gè)操作(can read or can write)，handler這個(gè)時(shí)候開始提交操作。
二、BIO、NIO、AIO
NIO通常采用Reactor模式，AIO通常采用Proactor模式。AIO簡(jiǎn)化了程序的編寫，stream的讀取和寫入都有OS來完成，不需要像NIO那樣子遍歷Selector。Windows基于IOCP實(shí)現(xiàn)AIO，Linux只有eppoll模擬實(shí)現(xiàn)了AIO。
Java7之前的JDK只支持NIO和BIO，從7開始支持AIO。
4種通信方式：TCP/IP+BIO, TCP/IP+NIO, UDP/IP+BIO, UDP/IP+NIO。
TCP/IP+BIO、
Socket和ServerSocket實(shí)現(xiàn)，ServerSocket實(shí)現(xiàn)Server端端口監(jiān)聽，Socket用于建立網(wǎng)絡(luò)IO連接。
不適用于處理多個(gè)請(qǐng)求 1.生成Socket會(huì)消耗過多的本地資源。2. Socket連接的建立一般比較慢。
BIO情況下，能支持的連接數(shù)有限，一般都采取accept獲取Socket以后采用一個(gè)thread來處理，one connection one thread。無論連接是否有真正數(shù)據(jù)請(qǐng)求，都需要獨(dú)占一個(gè)thread。
可以通過設(shè)立Socket池來一定程度上解決問題，但是使用池需要注意的問題是：1. 競(jìng)爭(zhēng)等待比較多。 2. 需要控制好超時(shí)時(shí)間。
TCP/IP+NIO
使用Channel(SocketChannel和ServerSocketChannel)和Selector。
Server端通常由一個(gè)thread來監(jiān)聽connect事件，另外多個(gè)thread來監(jiān)聽讀寫事件。這樣做的好處是這些連接只有在真是請(qǐng)求的時(shí)候才會(huì)創(chuàng)建thread來處理，one request one thread。這種方式在server端需要支持大量連接但這些連接同時(shí)發(fā)送請(qǐng)求的峰值不會(huì)很多的時(shí)候十分有效。
UDP/IP+BIO
DatagramSocket和DatagramPacket。DatagramSocket負(fù)責(zé)監(jiān)聽端口以及讀寫數(shù)據(jù)，DatagramPacket作為數(shù)據(jù)流對(duì)象進(jìn)行傳輸。
UDP/IP是無連接的，無法進(jìn)行雙向通信，除非雙方都成為UDP Server。
UDP/IP+NIO
通過DatagramChannel和ByteBuffer實(shí)現(xiàn)。DatagramChannel負(fù)責(zé)端口監(jiān)聽及讀寫。ByteBuffer負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流傳輸。
如果要將消息發(fā)送到多臺(tái)機(jī)器，如果為每個(gè)目標(biāo)機(jī)器都建立一個(gè)連接的話，會(huì)有很大的網(wǎng)絡(luò)流量壓力。這時(shí)候可以使用基于UDP/IP的Multicast協(xié)議傳輸，Java中可以通過MulticastSocket和DatagramPacket來實(shí)現(xiàn)。
Multicast一般多用于多臺(tái)機(jī)器的狀態(tài)同步，比如JGroups。SRM, URGCP都是Multicast的實(shí)現(xiàn)方式。eBay就采用SRM來實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)從主數(shù)據(jù)庫(kù)同步到各個(gè)搜索節(jié)點(diǎn)機(jī)器。
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