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什麼是BIO、NIO、AIO?

2020年02月21日 綜合 ⁄ 共 1912字 ⁄ 字型大小 評論關閉

  首先,我們需要弄清楚幾個概念:同步和非同步,阻塞和非阻塞。

  一、同步和非同步

  1. 同步

  進程觸發 IO 操作的時候,必須親自處理;

  比如你必須親自去銀行取錢。

  2. 非同步

  進程觸發 IO 操作的時候,可以不親自處理,它把操作委託給 OS 處理,委託的時候需要告知數據的地址和大小,然後自己去做別的事情,當 IO 操作結束後會得到通知;

  比如你把銀行卡給我,讓我幫你去銀行取錢,你需要告訴我銀行卡密碼和取多少錢,我取完了之後把錢給你。

  3. 總結

  自己干就是同步,別人干就是非同步。

  二、阻塞和非阻塞

  1. 阻塞

  進程觸發 IO 操作的時候,如果此時此時沒辦法讀或者寫,那麼進程就一直等待,直到讀寫結束;

  比如你去銀行 ATM 取錢,前面有人在排隊,那麼就要一直等待,直到你取完錢;

  2. 非阻塞

  進程觸發 IO 操作的時候,如果此時此時沒辦法讀或者寫,那麼就先去做別的,等到有通知後,再繼續讀寫;

  比如你去銀行櫃檯取錢,人比較多,那就先領一個號,等著叫到號再去對應的窗口辦理業務;這裡稍微有些不太恰當的是,我們等待的過程中,還得聽著叫號。

  3. 總結

  我要等著不能做其他事就是阻塞,我不用等可以做其他事就是非同步。

  三、BIO

  同步阻塞;一個請求過來,應用程序開了一個線程,等 IO 準備好,IO 操作也是自己干;

  採用 BIO 模型的服務端,由一個獨立的 Acceptor 線程負責進行監聽;在 while(true) 循環中調用 accept() 方法,等待客戶端的請求;

  一旦接收到請求,就可以建立套接字開始進行讀寫操作,這時候不再接收其他的請求,直到讀寫完成;

  為了讓 BIO 能夠同時處理多個請求,那麼就需要使用多線程處理;當服務端接收到請求,就為客戶端創建一個線程進行處理,處理完成後再做線程銷毀;

  不過因為一個請求就要啟動一個線程,所以開銷是比較大的,啟動和銷毀線程開銷很大,而且每個線程都要佔用內存,所以可以引入線程池,可以在一定程度上減少線程創建和銷毀的開銷;這也被叫做 偽非同步 IO。

  線程池維護著 N 個線程和一個消息隊列;當有請求接入時,服務端將 Socket 作為參數傳遞到一個線程任務中進行處理;通過對線程池最大線程數和消息隊列大小進行控制,所以就算訪問量高於服務端的承載能力,也不會因為服務端的資源耗盡而導致宕機;

  這個模型在 請求量不高的時候,效率還是不錯的,而且也不需要考慮限流的問題(控制線程池的最大線程數量)。

  四、NIO

  同步非阻塞;不用等待 IO 準備,準備好了會通知,不過 IO 操作還是要自己干;NIO 是一種多路復用機制,利用單線程輪詢事件,Channel 來決定做什麼,避免連接數多的時候,頻繁進行線程切換導致性能問題(Select 階段阻塞)。

  聽到這裡,很多人可能已經懵了...什麼是多路復用?Channel又是啥?Select 階段到底是什麼階段?這裡我用白話解釋一下。

  NIO是面向緩衝區的,可以將數據讀取到一個緩衝區,稍後進行處理。NIO 有幾個核心概念:

  1. Channel 和 Buffer

  Channel 可以理解成一個雙向流,或者理解成一個通道,Buffer 就是緩存區,或者你就把它看做是一塊內存空間,數據可以從 Channel 流進 Buffer ,也可以從 Buffer 流進 Channel 。

  Channel 有很多種實現,比如:FileChannel 是從文件中讀寫數據,SocketChannel 通過 TCP 讀寫網路中的數據等等。

  Buffer 也有多重類型,比如:ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等等,光看他們的名字就知道他們代表了不同的數據類型。

  2. Selector

  我們可以把 Selector 看做是一個管理員,可以管理多個 Channel , Selector 能夠知道到哪個 Channel 已經做好了讀寫的準備。這樣一個線程只要操作這個管理員就可以了,相當於一個線程可以管理多個 Channel;一旦監聽到有準備好的 Channel,就可以進行相應的處理。

  不過 Java 原生的 NIO 不好用,直到 Netty 的出現。

  五、AIO

  非同步非阻塞;因為事情不是自己做,其實也沒有阻塞一說(都是非阻塞);

  AIO 是在 NIO 的基礎上,引入非同步通道的概念;NIO 是採用輪詢的方式,不停地詢問數據是否準備好了,準備好了就處理;AIO 是向操作系統註冊 IO 監聽,操作系統完成 IO 操作了之後,主動通知,觸發響應的函數(自己不做,讓操作系統來做)。

  目前看,AIO 應該的還不是很廣泛。

  看過這篇文章之後,您是否對 BIO、NIO 和 AIO 有了初步的了解呢?如果有任何疑問,可以上學步園進行了解。

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