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Java中BIO,NIO,AIO的理解

圣洁之子
 圣洁之子
发布于 03/13 16:28
字数 2213
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在高性能的I/O体系设计中,有几个概念常常会使我们感到迷惑不解。具体如下:

1 什么是同步?

2 什么是异步?

3 什么是阻塞?

4 什么是非阻塞?

5 什么是同步阻塞?

6 什么是同步非阻塞?

7 什么是异步阻塞?

8 什么是异步非阻塞?

先来举个现实生活中的例子:

如果你想吃一份宫保鸡丁盖饭,

同步阻塞:你到饭馆点餐,然后在那儿等着,还要一边喊:好了没啊!

同步非阻塞:在饭馆点完餐,就去遛狗了。不过遛一会儿,就回饭馆喊一声:好了没啊!

异步阻塞:遛狗的时候,接到饭馆电话,说饭做好了,让您亲自去拿。

异步非阻塞:饭馆打电话说,我们知道您的位置,一会儿给你送过来,安心遛狗就可以了。

在弄清楚以上几个问题之前,我们首先得明白什么是同步、异步、阻塞、非阻塞,只有这几个概念单个理解清楚了,然后再组合起来理解,就比较容易了。

1 同步和异步是针对 应用程序和内核的交互 而言的。

2 阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据时,根据I/O操作的就绪状态来采取的不同方式,说白了是一种读取或写入操作函数的实现方式。阻塞方式下,读取或写入函数将一直等待,而非阻塞方式下,读取或写入函数会立即返回一个状态值。

以上描述可以总结为一句简短的话:同步和异步是目的,阻塞和非阻塞是实现方式。

1 同步:指的是用户进程触发I/O操作并等待或轮询地去查看I/O操作是否就绪。自己上街买衣服,自己亲自干这件事,别的事干不了。

2 异步:异步是指用户进程触发I/O操作以后便开始做自己的事情,而当I/O操作完成的时候会得到“I/O完毕”的通知(异步的特点就是通知)。告诉朋友自己合适衣服的尺寸、颜色、款式,委托朋友去买,然后自己可以去干别的事(使用异步I/O时,Java将I/O读写委托给OS处理,需要将数据缓冲区地址和大小传给OS)。

3 阻塞:所谓阻塞方式的意思是指,当试图对该文件描述符进行读写时,如果当时没有东西可读,或暂时不可写,程序就进入等待状态,直到有东西可读或可写为止。去地铁站充值,发现这个时候充值员不在(可能上厕所去了),然后我们就在原地等待,一直等到充值员回来为止。

4 非阻塞:非阻塞状态下,如果没有东西可读,或不可写,读写函数马上返回,而不会等待。在银行里办业务时,领取一张小票,之后我们可以玩手机,或与别人聊聊天,当轮到我们时,银行的喇叭会通知,这时候我们就可以去办业务了。

一个I/O操作其实分成了两个步骤:发起I/O请求和实际的I/O操作。

同步I/O和异步I/O的区别就在于第二个步骤是否阻塞,如果实际的I/O读写阻塞请求进程,那么就是同步I/O。

阻塞I/O和非阻塞I/O的区别在于第一步,发起I/O请求是否会被阻塞,如果阻塞直到I/O完成,那么就是传统的阻塞I/O,如果不阻塞,那么就是非阻塞

I/O。

同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的,同步指的是用户进程触发I/O操作并等待或轮询地去查看I/O操作是否就绪,而异步是指用户进程触发I/O操作以后便开始做自己的事情,而当I/O操作完成的时候会得到I/O完毕的通知。

阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据时,根据I/O操作的就绪状态来采取的不同方式,说白了是读取或写入操作函数的一种实现方式,阻塞方式下读写函数一直等待,而非阻塞方式下,读写函数会立即返回一个状态值。

所以,I/O操作可以分为3类:同步阻塞(即早期的BIO操作)、同步非阻塞(NIO)、异步非阻塞(AIO)。

同步阻塞(BIO):

在此种方式下,用户进程在发起一个I/O操作后,必须等待I/O操作的完成,只有当真正完成了I/O操作以后,用户进程才能运行。JAVA传统的I/O模式属于此种方式。

同步非阻塞(NIO):

在此种方式下,用户进程发起一个I/O操作以后便可返回做其他事情,但是用户进程需要时不时地询问I/O操作是否就绪,这就要求用户周期性地去询问,从而引入不必要的CPU资源浪费。目前JAVA的NIO就属于同步非阻塞I/O。

异步非阻塞(AIO):

此种方式下是指用户进程发起一个I/O操作以后,不等待内核I/O操作的完成,内核完成I/O操作以后会通知用户进程。

同步阻塞I/O(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就会造成不必要的线程开销。当然可以通过线程池机制改善。

 同步非阻塞I/O(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。用户进程需要时不时地询问I/O操作是否就绪,这就要求用户进程周期性地去询问。

异步阻塞I/O (JAVA NIO):

此种方式下是指应用发起一个I/O操作以后,不等待I/O操作的完成,内核完成I/O操作以后会通知应用程序,这其实就是同步和异步最关键的区别,同步必须等待或主动地去询问I/O是否完成,那么为什么说是阻塞的呢?因为此时是通过select系统调用来完成的,而select函数本身的实现方式是阻塞的,而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄(如果从 UNP 的角度看,select属于同步操作,因为select之后,进程还需要读写数据),从而提高系统的并发性!

异步非阻塞I/O(JAVA AIO(NIO.2)):

此种方式下,用户进程之需要发起一个I/O操作然后立即返回,等I/O操作真正地完成以后,应用程序会得到I/O操作完成的通知,此时用户进程只需要对数据进行处理就好了,不需要进行实际的I/O读写操作,因为真正的I/O读写操作已经由内核完成了。

BIO、NIO、AIO的适用场景分析:

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方式适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。

 

 

本文转载自:https://www.cnblogs.com/rese-t/p/8044724.html

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