I/O 模型
BIO
BIO 就是传统的java.io
包,同步并阻塞,基于流模型实现,在读入输入流或者输出流时,在读写动作完成之前,线程会一直阻塞。
- 优点是代码比较简单、直观
- 缺点是效率和扩展性很低,容易成为应用性能瓶颈
NIO
NIO 是Java 1.4引入的java.nio
包,同步非阻塞,提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象,可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序,同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。
AIO
AIO 是Java 1.7之后引入的包,是 NIO 的升级版本,异步非阻塞,(Asynchronous IO),异步 IO 是基于事件和回调机制实现的,也就是应用操作之后会直接返回,不会堵塞在那里,当后台处理完成,操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。
BIO、NIO、AIO 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,弹幕系统,服务器间通讯等。编程比较复杂,JDK1.4 开始支持。
- AIO 方式使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。
BIO、NIO、AIO 对比表
\ | BIO | NIO | AIO |
---|---|---|---|
IO 模型 | 同步阻塞 | 同步非阻塞(多路复用) | 异步非阻塞 |
编程难度 | 简单 | 复杂 | 复杂 |
可靠性 | 差 | 好 | 好 |
吞吐量 | 低 | 高 | 高 |
BIO 详解
概述
Java BIO 就是传统的 java io 编程,其相关的类和接口在 java.io
。
BIO(blocking I/O) : 同步阻塞,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端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会造成不必要的线程开销,可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。
工作机制
- 服务器端启动一个 ServerSocket
- 客户端启动 Socket 对服务器进行通信,默认情况下服务器端需要对每个客户建立一个线程与之通讯
- 客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应,如果没有则会等待,或者被拒绝
- 如果有响应,客户端线程会等待请求结束后,在继续执行
应用示例
- 使用 BIO 模型编写一个服务器端,监听8080 端口,当有客户端连接时,就启动一个线程与之通讯
- 使用线程池机制改善,可以连接多个客户端
- 服务器端接收客户端发送的数据(telnet 方式即可)
代码如下:
1 | public class BioServer { |
cmd 窗口使用 telnet 127.0.0.1 8080 创建连接,输入ctrl+],输入send
BIO 问题分析
- 每个请求都需要创建独立的线程,与对应的客户端进行数据Read ,业务处理,数据 Write
- 当并发数较大时,需要创建大量线程来处理连接,系统资源占用较大
- 连接建立后,如果当前线程暂时没有数据可读,则线程就阻塞在 Read 操作上,造成线程资源浪费
NIO 详解
见下一篇【Java I/O】NIO 详解
AIO 介绍
JDK 7 引入了 Asynchronous I/O,即 AIO。在进行 I/O 编程中,常用到两种模式:Reactor 和 Proactor。Java 的 NIO 就是 Reactor,当有事件触发时,服务器端得到通知,进行相应的处理。
AIO 即 NIO2.0,叫做异步不阻塞的 IO。AIO 引入异步通道的概念,采用了 Proactor 模式,简化了程序编写,有效的请求才启动线程,它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理,一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。
目前 AIO 还没有广泛应用,Netty 也是基于 NIO, 而不是 AIO。