【Java基础】BIO/NIO/AIO的详细介绍与比较区分-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【Java基础】BIO/NIO/AIO的详细介绍与比较区分。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1 基本概念

1.1 BIO

BIO 全称 Blocking I/O，它是 JDK 1.4 之前的传统IO模型，是一种同步阻塞的IO，线程发起 IO 后，一直阻塞，直到缓冲区数据就绪后，在进入下一步操作

BIO存在的问题：
- 无法应对高并发的场景
- 连接建立后，当前线程没有数据可读就会阻塞，造成资源浪费
BIO适用场景：
- 客户端连接数少
- 并发量不高

1.2 NIO

NIO 全称 Non-Blocking I/O，也有人称之为 New /0，它是JDK 1.4 中引入的一种同步非阻塞的 I/O 模型。线程发起IO后、用户线程不需要一直等待IO缓冲区，期间可以做其他操作，只需要轮询检查IO缓冲区数据是否就绪即可。

NIO是基于Reactor反应堆模式实现的，分为三步：
- 注册感兴趣的事件
- 扫描是否有感兴趣的事情发生
- 事件发生后做出相应的处理
NIO的三大核心组件
- Channel通道：应用程序和操作系统交互事件、传递数据的通道，Channel是基于Buffer缓冲区的异步的双向的数据读写通道，即可以从Buffer中读取数据，也可以向Buffer中写入数据。所有被Selector注册的通道，都只能是继承了SelectableChannel类的子类，类型有：
  - FileChannel：本地文件的读取、写入、映射和操作的通道
  - DatagramChannel：实现发送和接收UDP协议数据包的通道
  - SocketChannel：应用服务程序的监听通道，被Channel包装的ServerSocket
  - ServerSocketChannel：TCP Socket的监听通道，被Channel包装的Socket
- Buffer缓冲区： Buffer 缓冲区，主要用于和 Channel 进行交互。以写为例，应用程序先将数据写入缓冲区，再通过通道把缓冲区的数据发送出去;读也是一样，数据先从通道读到缓冲区，应用程序再读取缓冲区的数据。Buffer 缓冲区本质上是一个字节数组，Buffer 读写数据一般遵循如下步骤:
  1. 写数据到 Buffer 缓冲;
  2. 调用 flip()方法将 Buffer 从写模式切换到读模式
  3. 从Buffer 中读取数据
  4. 调用 clear()方法或者 compact() 方法清理数据，准备下一次的写入

类型有：ByteBuffer，CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer，LongBuffer,ShortBuffer; 此外还有 MappedByteBuffer，HeapByteBuffer，DirectByteBuffer 等。

**Selector选择器或者多路复用器：**要实现 Selector 管理 Channel，首先需要将 Channel 及其关注的事件注册在Selector 上，Selector 会不断轮询出就绪状态的 Channel 关注的事件集合，进而做相应的业务处理。通常情况下，一个线程会开启一个 Selector，而一个 Selector 可以管理多个 Channel，也就是说，一个线程就可以管理多个网络连接，即所谓的多路复用。
NIO适用场景：
- 客户端连接数较多
- 连接时间较短

1.3 AIO

AIO 全称 Asynchronous I/O，它是一种 JDK 1.7 开始支持异步非阻塞的 /0 模型。线程发起 0 请求后，不需要阻塞，立即返回异步IO操作完成后会回调通知调用方。但是，很遗憾的是，现在的IO模型使用最多的仍然是 NIO，原因很简单:Linux 系统上Java AlO 和 NIO 的底层都是基于 epoll 实现的，性能上 AIO 相比较 NIO 并没有得到很大的提升，另外，AIO 采用了异步回调、编程方式上比 NIO 要更复杂!

3 BIO/NIO/AIO的使用场景区分

使用场景如下:

BIO适用于连接数较少的场景
NIO适用于连接数目多且连接时间较短的架构，比如聊天服务器·
AIO适用于连接数目多且连接时间较长的架构，比如相册服务器

2 BIO和NIO的区别

BIO和NIO最大的区别并不是NIO比BIO执行速度快，而是NIO可以单个线程处理更多的连接

面向流和面向缓冲区
- Java BlO 是面向流的。每次从流中读取一个或多个字节，直至读取所有字节，它没有被缓存在任何地方，而且不能前后移动流中的数据
- Java NIO 是面向缓冲区的。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中0的灵活性
阻塞I/O和非阻塞I/O
- Java BIO 是基于传统的I/O模型的，当一个线程调用 read()或 write()时，该线程就会被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全被写入，期间不做任何事情

Java NIO 采用的是非阻塞模式，当一个线程向某通道发送请求读取数据时，它仅能读取到目前可用的数据，如果目前没有数据可读，该线程并不会保持阻塞，而是在数据变可读之前，它可以继续处理其他事情。非阻塞写也是如此，当一个线程请求写数据到某通道时，不需要等待它完全写入，该线程可以同时去处理其他事情