1.概述:IO(BIO)是面向流的,NIO是面向缓冲区的
1)BIO:Block IO 同步阻塞式 IO,就是我们平常使用的传统 IO,它的特点是模式简单使用方便,并发处理能力低。
2)NIO:New IO 同步非阻塞 IO,是传统 IO 的升级,客户端和服务器端通过 Channel(通道)通讯,实现了多路复用。
非堵塞是在socket主要的读,写,监听函数在等待就绪阶段都是非阻塞的,真正的I/O操作是同步阻塞的(消耗CPU但性能非常高)。
3)AIO:Asynchronous IO 是 NIO 的升级,也叫 NIO2,实现了异步非堵塞 IO ,异步 IO 的操作基于事件和回调机制。
2.
1) 阻塞I/O通信模型
假如现在你对阻塞I/O已有了一定了解,我们知道阻塞I/O在调用InputStream.read()方法时是阻塞的,它会一直等到数据到来时(或超时)才会返回;同样,在调用ServerSocket.accept()方法时,也会一直阻塞到有客户端连接才会返回,每个客户端连接过来后,服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。阻塞I/O的通信模型示意图如下:
如果你细细分析,一定会发现阻塞I/O存在一些缺点。根据阻塞I/O通信模型,我总结了它的两点缺点:
1. 当客户端多时,会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些CPU时间
2. 阻塞可能带来频繁的上下文切换,且大部分上下文切换可能是无意义的。
在这种情况下非阻塞式I/O就有了它的应用前景。
2)java NIO(非堵塞io)的工作原理:
NIO一个重要的特点是:socket主要的读、写、注册和接收函数,在等待就绪阶段都是非阻塞的,真正的I/O操作是同步阻塞的(消耗CPU但性能非常高)。
在NIO中有几个核心对象需要掌握:缓冲区(Buffer)、通道(Channel)、选择器(Selector)。
使一个线程从某通道发送请求或者读取数据,但是它仅能得到目前可用的数据,如果目前没有数据可用时,就什么都不会获取,而不是保持线程阻塞,所以直至数据变的可以读取之前,该线程可以继续做其它的事情。非阻塞也是如此,一个线程请求写入一些数据到某通道,但不需要等待它完全写入,这个线程同时可以去做别的事情
1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,并负责分发。
2. 事件驱动机制:事件到的时候触发,而不是同步的去监视事件。
3. 线程通讯:线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。
1)每个channel都会对应一个Buffer
2)Selector 对应一个线程, 一个线程对应多个channel(连接)
3)该图反应了有三个channel注册到该selector//程序
4)程序切换到哪个channel是由事件决定的,Event就是一个重要的概念
5)Selector 会根据不同的事件,在各个通道上切换
6)Buffer 就是一个内存块 , 底层是有一个数组
Buffer基本介绍:
缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块,可以理解成是一个容器对象(含数组),该对象提供了一组方法,可以更轻松地使用内存块,缓冲区对象内置了一些机制,能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道,但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer
通道channel基本介绍
NIO的通道类似于流,但有些区别如下:
1)通道可以同时进行读写,而流只能读或者写
2)通道可以实现异步读写数据
3)通道可以从缓冲读数据,也可以写数据到缓冲
4)BIO中的stream是单向的,例如FileInputStream对象只能进行读取数据的操作,而NIO中的通道(Channel)是双向的,可以读操作,也可以写操作
5)常见的Channel类有:FileChannel、DatagramChannel、ServerSocketChannel和SocketChannel。
FileChannel用于文件的数据读写,DatagramChannel用于UDP的数据读写,ServerSocketChannel和SocketChannel用于TCP的数据读写
Selector基本介绍
1)Java的NIO,用非阻塞的IO方式。可以用一个线程,处理多个的客户端连接,就会用到选择器
2)Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生。如果有事件发生,便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道,也就是管理多个连接和请求
3)只有在连接/通道真正有读写事件发生时,才会进行读写,就大大地减少了系统开销,并且不必为每个连接都创建一个线程,不用去维护多个线程
4)避免了多线程之间的上下文切换导致的开销
总结:java的NIO就是采用将socket的读写连接注册到Selector单线程中,此线程是堵塞的,不断轮询其中注册的事件,如果有事件发生,则获取对应的通道进行异步读写数据,到buffer区
3.NIO和BIO的比较
1)BIO以流的方式处理数据,而NIO以块的方式处理数据,块I/O的效率比流I/O高很多
2)BIO是阻塞的,NIO是非阻塞的
3)BIO基于字节流和字符流进行操作,而NIO基于Channel(通道)和Buffer(缓冲区)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的时间(比如:连接请求,数据到达等),因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道