BIO和NIO了解多少呢？一起從實(shí)踐角度重新理解下吧

作者：追逐仰望星空 2019-10-23 09:02:49

這段時(shí)間自己在看一些Java中BIO和NIO之類的東西，看了很多博客，發(fā)現(xiàn)各種關(guān)于NIO的概念說的天花亂墜頭頭是道，可以說是非常的完整，但是整個(gè)看下來之后，自己對(duì)NIO還是一知半解的狀態(tài)，所以這篇文章不會(huì)提到很多的概念，而是站在一個(gè)實(shí)踐的角度，寫一些我自己關(guān)于NIO的見解，站在實(shí)踐過后的高度下再回去看概念，應(yīng)該對(duì)概念會(huì)有一個(gè)更好的理解。

01 前言

[[279950]]

02 實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡易單線程服務(wù)器

要講明白BIO和NIO，首先我們應(yīng)該自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡易的服務(wù)器，不用太復(fù)雜，單線程即可。

2.1 為什么使用單線程作為演示?

因?yàn)樵趩尉€程環(huán)境下可以很好地對(duì)比出BIO和NIO的一個(gè)區(qū)別，當(dāng)然我也會(huì)演示在實(shí)際環(huán)境中BIO的所謂一個(gè)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)線程的狀況。

2.2 服務(wù)端

public class Server { 
    public static void main(String[] args) { 
        byte[] buffer = new byte[1024]; 
        try { 
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080); 
            System.out.println("服務(wù)器已啟動(dòng)并監(jiān)聽8080端口"); 
            while (true) { 
                System.out.println(); 
                System.out.println("服務(wù)器正在等待連接..."); 
                Socket socket = serverSocket.accept(); 
                System.out.println("服務(wù)器已接收到連接請(qǐng)求..."); 
                System.out.println(); 
                System.out.println("服務(wù)器正在等待數(shù)據(jù)..."); 
                socket.getInputStream().read(buffer); 
                System.out.println("服務(wù)器已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)"); 
                System.out.println(); 
                String content = new String(buffer); 
                System.out.println("接收到的數(shù)據(jù):" + content); 
            } 
        } catch (IOException e) { 
            // TODO Auto-generated catch block 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
}

2.3 客戶端

public class Consumer { 
    public static void main(String[] args) { 
        try { 
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8080); 
            socket.getOutputStream().write("向服務(wù)器發(fā)數(shù)據(jù)".getBytes()); 
            socket.close(); 
        } catch (IOException e) { 
            // TODO Auto-generated catch block 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
}

2.4 代碼解析

我們首先創(chuàng)建了一個(gè)服務(wù)端類，在類中實(shí)現(xiàn)實(shí)例化了一個(gè)SocketServer并綁定了8080端口。之后調(diào)用accept方法來接收連接請(qǐng)求，并且調(diào)用read方法來接收客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)。最后將接收到的數(shù)據(jù)打印。

完成了服務(wù)端的設(shè)計(jì)后，我們來實(shí)現(xiàn)一個(gè)客戶端，首先實(shí)例化Socket對(duì)象，并且綁定ip為127.0.0.1(本機(jī))，端口號(hào)為8080，調(diào)用write方法向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.5 運(yùn)行結(jié)果

當(dāng)我們啟動(dòng)服務(wù)器，但客戶端還沒有向服務(wù)器發(fā)起連接時(shí)，控制臺(tái)結(jié)果如下：

當(dāng)客戶端啟動(dòng)并向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)后，控制臺(tái)結(jié)果如下：

2.6 結(jié)論

從上面的運(yùn)行結(jié)果，首先我們至少可以看到，在服務(wù)器啟動(dòng)后，客戶端還沒有連接服務(wù)器時(shí)，服務(wù)器由于調(diào)用了accept方法，將一直阻塞，直到有客戶端請(qǐng)求連接服務(wù)器。

03 對(duì)客戶端功能進(jìn)行擴(kuò)展

在上文中，我們實(shí)現(xiàn)的客戶端的邏輯主要是，建立Socket --> 連接服務(wù)器 --> 發(fā)送數(shù)據(jù)，我們的數(shù)據(jù)是在連接服務(wù)器之后就立即發(fā)送的，現(xiàn)在我們來對(duì)客戶端進(jìn)行一次擴(kuò)展，當(dāng)我們連接服務(wù)器后，不立即發(fā)送數(shù)據(jù)，而是等待控制臺(tái)手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)后，再發(fā)送給服務(wù)端。(服務(wù)端代碼保持不變)

3.1 代碼

public class Consumer { 
    public static void main(String[] args) { 
        try { 
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8080); 
            String message = null; 
            Scanner sc = new Scanner(System.in); 
            message = sc.next(); 
            socket.getOutputStream().write(message.getBytes()); 
            socket.close(); 
            sc.close(); 
        } catch (IOException e) { 
            // TODO Auto-generated catch block 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
}

3.2 測試

當(dāng)服務(wù)端啟動(dòng)，客戶端還沒有請(qǐng)求連接服務(wù)器時(shí)，控制臺(tái)結(jié)果如下：

當(dāng)服務(wù)端啟動(dòng)，客戶端連接服務(wù)端，但沒有發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，控制臺(tái)結(jié)果如下：

當(dāng)服務(wù)端啟動(dòng)，客戶端連接服務(wù)端，并且發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，控制臺(tái)結(jié)果如下：

3.3 結(jié)論

從上文的運(yùn)行結(jié)果中我們可以看到，服務(wù)器端在啟動(dòng)后，首先需要等待客戶端的連接請(qǐng)求(第一次阻塞)，如果沒有客戶端連接，服務(wù)端將一直阻塞等待，然后當(dāng)客戶端連接后，服務(wù)器會(huì)等待客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)(第二次阻塞)，如果客戶端沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，那么服務(wù)端將會(huì)一直阻塞等待客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。服務(wù)端從啟動(dòng)到收到客戶端數(shù)據(jù)的這個(gè)過程，將會(huì)有兩次阻塞的過程。這就是BIO的非常重要的一個(gè)特點(diǎn)，BIO會(huì)產(chǎn)生兩次阻塞，第一次在等待連接時(shí)阻塞，第二次在等待數(shù)據(jù)時(shí)阻塞。

04 BIO

4.1 在單線程條件下BIO的弱點(diǎn)

在上文中，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡易的服務(wù)器，這個(gè)簡易的服務(wù)器是以單線程運(yùn)行的，其實(shí)我們不難看出，當(dāng)我們的服務(wù)器接收到一個(gè)連接后，并且沒有接收到客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，是會(huì)阻塞在read()方法中的，那么此時(shí)如果再來一個(gè)客戶端的請(qǐng)求，服務(wù)端是無法進(jìn)行響應(yīng)的。換言之，在不考慮多線程的情況下，BIO是無法處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求的。

4.2 BIO如何處理并發(fā)

在剛才的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)中，我們實(shí)現(xiàn)的是單線程版的BIO服務(wù)器，不難看出，單線程版的BIO并不能處理多個(gè)客戶端的請(qǐng)求，那么如何能使BIO處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求呢。

其實(shí)不難想到，我們只需要在每一個(gè)連接請(qǐng)求到來時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)線程去執(zhí)行這個(gè)連接請(qǐng)求，就可以在BIO中處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求了，這也就是為什么BIO的其中一條概念是服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程，即客戶端有連接請(qǐng)求時(shí)服務(wù)器端就需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理。

4.3 多線程BIO服務(wù)器簡易實(shí)現(xiàn)

public class Server { 
    public static void main(String[] args) { 
        byte[] buffer = new byte[1024]; 
        try { 
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080); 
            System.out.println("服務(wù)器已啟動(dòng)并監(jiān)聽8080端口"); 
            while (true) { 
                System.out.println(); 
                System.out.println("服務(wù)器正在等待連接..."); 
                Socket socket = serverSocket.accept(); 
                new Thread(new Runnable() { 
                    @Override 
                    public void run() { 
                        System.out.println("服務(wù)器已接收到連接請(qǐng)求..."); 
                        System.out.println(); 
                        System.out.println("服務(wù)器正在等待數(shù)據(jù)..."); 
                        try { 
                            socket.getInputStream().read(buffer); 
                        } catch (IOException e) { 
                            // TODO Auto-generated catch block 
                            e.printStackTrace(); 
                        } 
                        System.out.println("服務(wù)器已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)"); 
                        System.out.println(); 
                        String content = new String(buffer); 
                        System.out.println("接收到的數(shù)據(jù):" + content); 
                    } 
                }).start(); 
                 
            } 
        } catch (IOException e) { 
            // TODO Auto-generated catch block 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
}

4.4 運(yùn)行結(jié)果

很明顯，現(xiàn)在我們的服務(wù)器的狀態(tài)就是一個(gè)線程對(duì)應(yīng)一個(gè)請(qǐng)求，換言之，服務(wù)器為每一個(gè)連接請(qǐng)求都創(chuàng)建了一個(gè)線程來處理。

4.5 多線程BIO服務(wù)器的弊端

多線程BIO服務(wù)器雖然解決了單線程BIO無法處理并發(fā)的弱點(diǎn)，但是也帶來一個(gè)問題：如果有大量的請(qǐng)求連接到我們的服務(wù)器上，但是卻不發(fā)送消息，那么我們的服務(wù)器也會(huì)為這些不發(fā)送消息的請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的線程，那么如果連接數(shù)少還好，連接數(shù)一多就會(huì)對(duì)服務(wù)端造成極大的壓力。所以如果這種不活躍的線程比較多，我們應(yīng)該采取單線程的一個(gè)解決方案，但是單線程又無法處理并發(fā)，這就陷入了一種很矛盾的狀態(tài)，于是就有了NIO。

05 NIO

5.1 NIO的引入

我們先來看看單線程模式下BIO服務(wù)器的代碼，其實(shí)NIO需要解決的最根本的問題就是存在于BIO中的兩個(gè)阻塞，分別是等待連接時(shí)的阻塞和等待數(shù)據(jù)時(shí)的阻塞。

public class Server { 
    public static void main(String[] args) { 
        byte[] buffer = new byte[1024]; 
        try { 
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080); 
            System.out.println("服務(wù)器已啟動(dòng)并監(jiān)聽8080端口"); 
            while (true) { 
                System.out.println(); 
                System.out.println("服務(wù)器正在等待連接..."); 
                //阻塞1：等待連接時(shí)阻塞 
                Socket socket = serverSocket.accept(); 
                System.out.println("服務(wù)器已接收到連接請(qǐng)求..."); 
                System.out.println(); 
                System.out.println("服務(wù)器正在等待數(shù)據(jù)..."); 
                //阻塞2：等待數(shù)據(jù)時(shí)阻塞 
                socket.getInputStream().read(buffer); 
                System.out.println("服務(wù)器已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)"); 
                System.out.println(); 
                String content = new String(buffer); 
                System.out.println("接收到的數(shù)據(jù):" + content); 
            } 
        } catch (IOException e) { 
            // TODO Auto-generated catch block 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
}

我們需要再老調(diào)重談的一點(diǎn)是，如果單線程服務(wù)器在等待數(shù)據(jù)時(shí)阻塞，那么第二個(gè)連接請(qǐng)求到來時(shí)，服務(wù)器是無法響應(yīng)的。如果是多線程服務(wù)器，那么又會(huì)有為大量空閑請(qǐng)求產(chǎn)生新線程從而造成線程占用系統(tǒng)資源，線程浪費(fèi)的情況。

那么我們的問題就轉(zhuǎn)移到，如何讓單線程服務(wù)器在等待客戶端數(shù)據(jù)到來時(shí)，依舊可以接收新的客戶端連接請(qǐng)求。

5.2 模擬NIO解決方案

如果要解決上文中提到的單線程服務(wù)器接收數(shù)據(jù)時(shí)阻塞，而無法接收新請(qǐng)求的問題，那么其實(shí)可以讓服務(wù)器在等待數(shù)據(jù)時(shí)不進(jìn)入阻塞狀態(tài)，問題不就迎刃而解了嗎?

(1)第一種解決方案(等待連接時(shí)和等待數(shù)據(jù)時(shí)不阻塞)

public class Server { 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); 
        try { 
            //Java為非阻塞設(shè)置的類 
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); 
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); 
            //設(shè)置為非阻塞 
            serverSocketChannel.configureBlocking(false); 
            while(true) { 
                SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); 
                if(socketChannel==null) { 
                    //表示沒人連接 
                    System.out.println("正在等待客戶端請(qǐng)求連接..."); 
                    Thread.sleep(5000); 
                }else { 
                    System.out.println("當(dāng)前接收到客戶端請(qǐng)求連接..."); 
                } 
                if(socketChannel!=null) { 
 //設(shè)置為非阻塞 
                    socketChannel.configureBlocking(false); 
                    byteBuffer.flip();//切換模式 寫-->讀 
                    int effective = socketChannel.read(byteBuffer); 
                    if(effective!=0) { 
                        String content = Charset.forName("utf-8").decode(byteBuffer).toString(); 
                        System.out.println(content); 
                    }else { 
                        System.out.println("當(dāng)前未收到客戶端消息"); 
                    } 
                } 
            } 
        } catch (IOException e) { 
            // TODO Auto-generated catch block 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
}

運(yùn)行結(jié)果

不難看出，在這種解決方案下，雖然在接收客戶端消息時(shí)不會(huì)阻塞，但是又開始重新接收服務(wù)器請(qǐng)求，用戶根本來不及輸入消息，服務(wù)器就轉(zhuǎn)向接收別的客戶端請(qǐng)求了，換言之，服務(wù)器弄丟了當(dāng)前客戶端的請(qǐng)求。

(2)解決方案二(緩存Socket，輪詢數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好)

public class Server { 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); 
         
        List<SocketChannel> socketList = new ArrayList<SocketChannel>(); 
        try { 
            //Java為非阻塞設(shè)置的類 
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); 
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); 
            //設(shè)置為非阻塞 
            serverSocketChannel.configureBlocking(false); 
            while(true) { 
                SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); 
                if(socketChannel==null) { 
                    //表示沒人連接 
                    System.out.println("正在等待客戶端請(qǐng)求連接..."); 
                    Thread.sleep(5000); 
                }else { 
                    System.out.println("當(dāng)前接收到客戶端請(qǐng)求連接..."); 
                    socketList.add(socketChannel); 
                } 
                for(SocketChannel socket:socketList) { 
                    socket.configureBlocking(false); 
                    int effective = socket.read(byteBuffer); 
                    if(effective!=0) { 
                        byteBuffer.flip();//切換模式 寫-->讀 
                        String content = Charset.forName("UTF-8").decode(byteBuffer).toString(); 
                        System.out.println("接收到消息:"+content); 
                        byteBuffer.clear(); 
                    }else { 
                        System.out.println("當(dāng)前未收到客戶端消息"); 
                    } 
                } 
            } 
        } catch (IOException e) { 
            // TODO Auto-generated catch block 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
}

運(yùn)行結(jié)果

代碼解析

在解決方案一中，我們采用了非阻塞方式，但是發(fā)現(xiàn)一旦非阻塞，等待客戶端發(fā)送消息時(shí)就不會(huì)再阻塞了，而是直接重新去獲取新客戶端的連接請(qǐng)求，這就會(huì)造成客戶端連接丟失，而在解決方案二中，我們將連接存儲(chǔ)在一個(gè)list集合中，每次等待客戶端消息時(shí)都去輪詢，看看消息是否準(zhǔn)備好，如果準(zhǔn)備好則直接打印消息。可以看到，從頭到尾我們一直沒有開啟第二個(gè)線程，而是一直采用單線程來處理多個(gè)客戶端的連接，這樣的一個(gè)模式可以很完美地解決BIO在單線程模式下無法處理多客戶端請(qǐng)求的問題，并且解決了非阻塞狀態(tài)下連接丟失的問題。

(3)存在的問題(解決方案二)

從剛才的運(yùn)行結(jié)果中其實(shí)可以看出，消息沒有丟失，程序也沒有阻塞。但是，在接收消息的方式上可能有些許不妥，我們采用了一個(gè)輪詢的方式來接收消息，每次都輪詢所有的連接，看消息是否準(zhǔn)備好，測試用例中只是三個(gè)連接，所以看不出什么問題來，但是我們假設(shè)有1000萬連接，甚至更多，采用這種輪詢的方式效率是極低的。另外，1000萬連接中，我們可能只會(huì)有100萬會(huì)有消息，剩下的900萬并不會(huì)發(fā)送任何消息，那么這些連接程序依舊要每次都去輪詢，這顯然是不合適的。

真實(shí)NIO中如何解決

在真實(shí)NIO中，并不會(huì)在Java層上來進(jìn)行一個(gè)輪詢，而是將輪詢的這個(gè)步驟交給我們的操作系統(tǒng)來進(jìn)行，他將輪詢的那部分代碼改為操作系統(tǒng)級(jí)別的系統(tǒng)調(diào)用(select函數(shù)，在linux環(huán)境中為epoll)，在操作系統(tǒng)級(jí)別上調(diào)用select函數(shù)，主動(dòng)地去感知有數(shù)據(jù)的socket。

06 關(guān)于使用select/epoll和直接在應(yīng)用層做輪詢的區(qū)別

我們?cè)谥皩?shí)現(xiàn)了一個(gè)使用Java做多個(gè)客戶端連接輪詢的邏輯，但是在真正的NIO源碼中其實(shí)并不是這么實(shí)現(xiàn)的，NIO使用了操作系統(tǒng)底層的輪詢系統(tǒng)調(diào)用 select/epoll(windows:select,linux:epoll)，那么為什么不直接實(shí)現(xiàn)而要去調(diào)用系統(tǒng)來做輪詢呢?

6.1 select底層邏輯

假設(shè)有A、B、C、D、E五個(gè)連接同時(shí)連接服務(wù)器，那么根據(jù)我們上文中的設(shè)計(jì)，程序?qū)?huì)遍歷這五個(gè)連接，輪詢每個(gè)連接，獲取各自數(shù)據(jù)準(zhǔn)備情況，那么和我們自己寫的程序有什么區(qū)別呢?

首先，我們寫的Java程序其本質(zhì)在輪詢每個(gè)Socket的時(shí)候也需要去調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，那么輪詢一次調(diào)用一次，會(huì)造成不必要的上下文切換開銷。

而Select會(huì)將五個(gè)請(qǐng)求從用戶態(tài)空間全量復(fù)制一份到內(nèi)核態(tài)空間，在內(nèi)核態(tài)空間來判斷每個(gè)請(qǐng)求是否準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，完全避免頻繁的上下文切換。所以效率是比我們直接在應(yīng)用層寫輪詢要高的。

如果select沒有查詢到到有數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，那么將會(huì)一直阻塞(是的，select是一個(gè)阻塞函數(shù))。如果有一個(gè)或者多個(gè)請(qǐng)求已經(jīng)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)了，那么select將會(huì)先將有數(shù)據(jù)的文件描述符置位，然后select返回。返回后通過遍歷查看哪個(gè)請(qǐng)求有數(shù)據(jù)。

select的缺點(diǎn)

底層存儲(chǔ)依賴bitmap，處理的請(qǐng)求是有上限的，為1024。

文件描述符是會(huì)置位的，所以如果當(dāng)被置位的文件描述符需要重新使用時(shí)，是需要重新賦空值的。

fd(文件描述符)從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)仍然有一筆開銷。

select返回后還要再次遍歷，來獲知是哪一個(gè)請(qǐng)求有數(shù)據(jù)。

6.2 poll函數(shù)底層邏輯

poll的工作原理和select很像，先來看一段poll內(nèi)部使用的一個(gè)結(jié)構(gòu)體。

struct pollfd{ int fd; short events; short revents;}

poll同樣會(huì)將所有的請(qǐng)求拷貝到內(nèi)核態(tài)，和select一樣，poll同樣是一個(gè)阻塞函數(shù)，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)請(qǐng)求有數(shù)據(jù)的時(shí)候，也同樣會(huì)進(jìn)行置位，但是它置位的是結(jié)構(gòu)體pollfd中的events或者revents置位，而不是對(duì)fd本身進(jìn)行置位，所以在下一次使用的時(shí)候不需要再進(jìn)行重新賦空值的操作。poll內(nèi)部存儲(chǔ)不依賴bitmap，而是使用pollfd數(shù)組的這樣一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)組的大小肯定是大于1024的。解決了select 1、2兩點(diǎn)的缺點(diǎn)。

6.3 epoll

epoll是最新的一種多路IO復(fù)用的函數(shù)。這里只說說它的特點(diǎn)。

epoll和上述兩個(gè)函數(shù)最大的不同是，它的fd是共享在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的，所以可以不必進(jìn)行從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的一個(gè)拷貝，這樣可以節(jié)約系統(tǒng)資源;另外，在select和poll中，如果某個(gè)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，它們會(huì)將所有的請(qǐng)求都返回，供程序去遍歷查看哪個(gè)請(qǐng)求存在數(shù)據(jù)，但是epoll只會(huì)返回存在數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，這是因?yàn)閑poll在發(fā)現(xiàn)某個(gè)請(qǐng)求存在數(shù)據(jù)時(shí)，首先會(huì)進(jìn)行一個(gè)重排操作，將所有有數(shù)據(jù)的fd放到最前面的位置，然后返回(返回值為存在數(shù)據(jù)請(qǐng)求的個(gè)數(shù)N)，那么我們的上層程序就可以不必將所有請(qǐng)求都輪詢，而是直接遍歷epoll返回的前N個(gè)請(qǐng)求，這些請(qǐng)求都是有數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。

07 Java中BIO和NIO的概念

通常一些文章都是在開頭放上概念，但是我這次選擇將概念放在結(jié)尾，因?yàn)橥ㄟ^上面的實(shí)操，相信大家對(duì)Java中BIO和NIO都有了自己的一些理解，這時(shí)候再來看概念應(yīng)該會(huì)更好理解一些了。

7.1 先來個(gè)例子理解一下概念，以銀行取款為例

同步：自己親自出馬持銀行卡到銀行取錢(使用同步IO時(shí)，Java自己處理IO讀寫)。

異步：委托一小弟拿銀行卡到銀行取錢，然后給你(使用異步IO時(shí)，Java將IO讀寫委托給OS處理，需要將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址和大小傳給OS(銀行卡和密碼)，OS需要支持異步IO操作API)。

阻塞： ATM排隊(duì)取款，你只能等待(使用阻塞IO時(shí)，Java調(diào)用會(huì)一直阻塞到讀寫完成才返回)。

非阻塞：柜臺(tái)取款，取個(gè)號(hào)，然后坐在椅子上做其它事，等號(hào)廣播會(huì)通知你辦理，沒到號(hào)你就不能去，你可以不斷問大堂經(jīng)理排到了沒有，大堂經(jīng)理如果說還沒到你就不能去(使用非阻塞IO時(shí)，如果不能讀寫Java調(diào)用會(huì)馬上返回，當(dāng)IO事件分發(fā)器會(huì)通知可讀寫時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行讀寫，不斷循環(huán)直到讀寫完成)。

7.2 Java對(duì)BIO、NIO的支持

Java BIO (blocking I/O)：同步并阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程，即客戶端有連接請(qǐng)求時(shí)服務(wù)器端就需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理，如果這個(gè)連接不做任何事情會(huì)造成不必要的線程開銷，當(dāng)然可以通過線程池機(jī)制改善。

Java NIO (non-blocking I/O)：同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程，即客戶端發(fā)送的連接請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到多路復(fù)用器上，多路復(fù)用器輪詢到連接有I/O請(qǐng)求時(shí)才啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理。

7.3 BIO、NIO適用場景分析

BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高，并發(fā)局限于應(yīng)用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡單易理解。

NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短(輕操作)的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中，編程比較復(fù)雜，JDK1.4開始支持。

08 結(jié)語

本文介紹了一些關(guān)于JavaBIO和NIO從自己實(shí)操的角度上的一些理解，我個(gè)人認(rèn)為這樣去理解BIO和NIO會(huì)比光看概念會(huì)有更深的理解，也希望各位同學(xué)可以自己去敲一遍，通過程序的運(yùn)行結(jié)果得出自己對(duì)JavaBIO和NIO的理解。

責(zé)任編輯：武曉燕來源：今日頭條