三分鐘秒懂BIO/NIO/AIO區別?

橘子發表於2020-08-12

首先來舉個例子說明吧,假設你想吃一份蓋飯:

同步阻塞:你到飯館點餐,然後在那等著,還要一邊喊:好了沒啊!

同步非阻塞:在飯館點完餐,就去遛狗了。不過溜一會兒,就回飯館喊一聲:好了沒啊!

非同步阻塞:遛狗的時候,接到飯館電話,說飯做好了,讓您親自去拿。

非同步非阻塞:飯館打電話說,我們知道您的位置,一會給你送過來,安心遛狗就可以了。

一、BIO

同步並阻塞,伺服器實現模式為一個連線一個執行緒,即客戶端有連線請求時伺服器端就需要啟動一個執行緒進行處理,如果這個連線不做任何事情會造成不必要的執行緒開銷,當然可以通過執行緒池機制改善。

二、NIO

同步非阻塞,伺服器實現模式為一個請求一個執行緒,即客戶端傳送的連線請求都會註冊到多路複用器上,多路複用器輪詢到連線有I/O請求時才啟動一個執行緒進行處理。​

NIO本身是基於事件驅動思想來完成的,其主要想解決的是BIO的大併發問題: 在使用同步I/O的網路應用中,如果要同時處理多個客戶端請求,或是在客戶端要同時和多個伺服器進行通訊,就必須使用多執行緒來處理。也就是說,將每一個客戶端請求分配給一個執行緒來單獨處理。這樣做雖然可以達到我們的要求,但同時又會帶來另外一個問題。由於每建立一個執行緒,就要為這個執行緒分配一定的記憶體空間(也叫工作儲存器),而且作業系統本身也對執行緒的總數有一定的限制。如果客戶端的請求過多,服務端程式可能會因為不堪重負而拒絕客戶端的請求,甚至伺服器可能會因此而癱瘓。

NIO基於Reactor,當socket有流可讀或可寫入socket時,作業系統會相應的通知引用程式進行處理,應用再將流讀取到緩衝區或寫入作業系統。 也就是說,這個時候,已經不是一個連線就要對應一個處理執行緒了,而是有效的請求,對應一個執行緒,當連線沒有資料時,是沒有工作執行緒來處理的。

BIO與NIO一個比較重要的不同,是我們使用BIO的時候往往會引入多執行緒,每個連線一個單獨的執行緒;而NIO則是使用單執行緒或者只使用少量的多執行緒,每個連線共用一個執行緒。IO的最重要的地方是當一個連線建立後,不需要對應一個執行緒,這個連線會被註冊到多路複用器上面,所以所有的連線只需要一個執行緒就可以搞定,當這個執行緒中的多路複用器進行輪詢的時候,發現連線上有請求的話,才開啟一個執行緒進行處理,也就是一個請求一個執行緒模式。

在NIO的處理方式中,當一個請求來的話,開啟執行緒進行處理,可能會等待後端應用的資源(JDBC連線等),其實這個執行緒就被阻塞了,當併發上來的話,還是會有BIO一樣的問題。

三、AIO

與NIO不同,當進行讀寫操作時,只須直接呼叫API的read或write方法即可。這兩種方法均為非同步的,對於讀操作而言,當有流可讀取時,作業系統會將可讀的流傳入read方法的緩衝區,並通知應用程式;對於寫操作而言,當作業系統將write方法傳遞的流寫入完畢時,作業系統主動通知應用程式。 即可以理解為,read/write方法都是非同步的,完成後會主動呼叫回撥函式。 在JDK1.7中,這部分內容被稱作NIO.2,主要在java.nio.channels包下增加了下面四個非同步通道:

  • AsynchronousSocketChannel
  • AsynchronousServerSocketChannel
  • AsynchronousFileChannel
  • AsynchronousDatagramChannel

其中的read/write方法,會返回一個帶回撥函式的物件,當執行完讀取/寫入操作後,直接呼叫回撥函式。

BIO、NIO、AIO適用場景分析:

•BIO方式適用於連線數目比較小且固定的架構,這種方式對伺服器資源要求比較高,併發侷限於應用中,JDK1.4以前的唯一選擇,但程式直觀簡單易理解。
•NIO方式適用於連線數目多且連線比較短(輕操作)的架構,比如聊天伺服器,併發侷限於應用中,程式設計比較複雜,JDK1.4開始支援。
•AIO方式使用於連線數目多且連線比較長(重操作)的架構,比如相簿伺服器,充分呼叫OS參與併發操作,程式設計比較複雜,JDK7開始支援。​​


三分鐘秒懂BIO/NIO/AIO區別?


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