原文： http://my.oschina.net/bluesky0leon/blog/132361

BIO | NIO | AIO，本身的描述都是在Java語言的基礎上的。而描述IO，我們需要從兩個層面：

編程語言

實現原理

底層基礎

簡稱

• BIO，同步阻塞式IO

• NIO，同步非阻塞IO

• AIO，異步非阻塞IO

從編程語言層面

IO的方式通常分為幾種，同步阻塞的BIO、同步非阻塞的NIO、異步非阻塞的AIO
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在JDK1.4出來之前，我們建立網絡連接的時候采用BIO模式，需要先在服務端啟動一個ServerSocket，然后在客戶端啟動Socket來對服務端進行通信，默認情況下服務端需要對每個請求建立一堆線程等待請求，而客戶端發送請求后，先咨詢服務端是否有線程相應，如果沒有則會一直等待或者遭到拒絕請求，如果有的話，客戶端會線程會等待請求結束后才繼續執行。
BIO與NIO一個比較重要的不同，是我們使用BIO的時候往往會引入多線程，每個連接一個單獨的線程；而NIO則是使用單線程或者只使用少量的多線程，每個連接共用一個線程。
NIO的最重要的地方是當一個連接創建后，不需要對應一個線程，這個連接會被注冊到多路復用器上面，所以所有的連接只需要一個線程就可以搞定，當這個線程中的多路復用器進行輪詢的時候，發現連接上有請求的話，才開啟一個線程進行處理，也就是一個請求一個線程模式。
在NIO的處理方式中，當一個請求來的話，開啟線程進行處理，可能會等待后端應用的資源(JDBC連接等)，其實這個線程就被阻塞了，當并發上來的話，還是會有BIO一樣的問題。
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HTTP/1.1出現后，有了Http長連接，這樣除了超時和指明特定關閉的http header外，這個鏈接是一直打開的狀態的，這樣在NIO處理中可以進一步的進化，在后端資源中可以實現資源池或者隊列，當請求來的話，開啟的線程把請求和請求數據傳送給后端資源池或者隊列里面就返回，并且在全局的地方保持住這個現場(哪個連接的哪個請求等)，這樣前面的線程還是可以去接受其他的請求，而后端的應用的處理只需要執行隊列里面的就可以了，這樣請求處理和后端應用是異步的.當后端處理完，到全局地方得到現場，產生響應，這個就實現了異步處理。

• BIO是一個連接一個線程。
• NIO是一個請求一個線程。
• AIO是一個有效請求一個線程。

BIO

在JDK1.4之前，用Java編寫網絡請求，都是建立一個ServerSocket，然后，客戶端建立Socket時就會詢問是否有線程可以處理，如果沒有，要么等待，要么被拒絕。即：一個連接，要求Server對應一個處理線程。

NIO

在JDK1.4及以后版本中提供了一套API來專門操作非阻塞I/O，我們可以在java.nio包及其子包中找到相關的類和接口。由于這套API是JDK新提供的I/O API，因此，也叫New I/O，這就是包名nio的由來。這套API由三個主要的部分組成：緩沖區（Buffers）、通道（Channels）和非阻塞I/O的核心類組成。在理解NIO的時候，需要區分，說的是New I/O還是非阻塞IO,New I/O是Java的包，NIO是非阻塞IO概念。這里講的是后面一種。

NIO本身是基于事件驅動思想來完成的，其主要想解決的是BIO的大并發問題： 在使用同步I/O的網絡應用中，如果要同時處理多個客戶端請求，或是在客戶端要同時和多個服務器進行通訊，就必須使用多線程來處理。也就是說，將每一個客戶端請求分配給一個線程來單獨處理。這樣做雖然可以達到我們的要求，但同時又會帶來另外一個問題。由于每創建一個線程，就要為這個線程分配一定的內存空間（也叫工作存儲器），而且操作系統本身也對線程的總數有一定的限制。如果客戶端的請求過多，服務端程序可能會因為不堪重負而拒絕客戶端的請求，甚至服務器可能會因此而癱瘓。

NIO基于Reactor，當socket有流可讀或可寫入socket時，操作系統會相應的通知引用程序進行處理，應用再將流讀取到緩沖區或寫入操作系統。
也就是說，這個時候，已經不是一個連接就要對應一個處理線程了，而是有效的請求，對應一個線程，當連接沒有數據時，是沒有工作線程來處理的。

Java中的包：java.nio.*、java.nio.channel.*、java.nio.file.*

AIO

與NIO不同，當進行讀寫操作時，只須直接調用API的read或write方法即可。這兩種方法均為異步的，對于讀操作而言，當有流可讀取時，操作系統會將可讀的流傳入read方法的緩沖區，并通知應用程序；對于寫操作而言，當操作系統將write方法傳遞的流寫入完畢時，操作系統主動通知應用程序。
即可以理解為，read/write方法都是異步的，完成后會主動調用回調函數。
在JDK1.7中，這部分內容被稱作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四個異步通道：

• AsynchronousSocketChannel
• AsynchronousServerSocketChannel
• AsynchronousFileChannel
• AsynchronousDatagramChannel

其中的read/write方法，會返回一個帶回調函數的對象，當執行完讀取/寫入操作后，直接調用回調函數。

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實現原理

說道實現原理，還要從操作系統的IO模型上了解

按照《Unix網絡編程》的劃分，IO模型可以分為：阻塞IO、非阻塞IO、IO復用、信號驅動IO和異步IO，按照POSIX標準來劃分只分為兩類：同步IO和異步IO。如何區分呢？首先一個IO操作其實分成了兩個步驟：發起IO請求和實際的IO操作，同步IO和異步IO的區別就在于第二個步驟是否阻塞，如果實際的IO讀寫阻塞請求進程，那么就是同步IO，因此阻塞IO、非阻塞IO、IO復用、信號驅動IO都是同步IO，如果不阻塞，而是操作系統幫你做完IO操作再將結果返回給你，那么就是異步IO。阻塞IO和非阻塞IO的區別在于第一步，發起IO請求是否會被阻塞，如果阻塞直到完成那么就是傳統的阻塞IO，如果不阻塞，那么就是非阻塞IO。

收到操作系統的IO模型，又不得不提select/poll/epoll/iocp，關于這四個的理解，不多做解釋，自己還沒理解到位。

可以理解的說明是：在Linux 2.6以后，java NIO的實現，是通過epoll來實現的，這點可以通過jdk的源代碼發現。而AIO，在windows上是通過IOCP實現的，在linux上還是通過epoll來實現的。

這里強調一點：AIO，這是I/O處理模式，而epoll等都是實現AIO的一種編程模型；換句話說，AIO是一種接口標準，各家操作系統可以實現也可以不實現。在不同操作系統上在高并發情況下最好都采用操作系統推薦的方式。Linux上還沒有真正實現網絡方式的AIO。

底層基礎

說到底層，要說Linux系統編程，這里自己也不熟悉，有待后來人補充了。
只籠統的說一個：AIO實現

在windows上，AIO的實現是通過IOCP來完成的，看JDK的源代碼，可以發現

WindowsAsynchronousSocketChannelImpl

看實現接口：

implements Iocp.OverlappedChannel

再看實現方法：里面的read0/write0方法是native方法，調用的jvm底層實現，虛擬機技術不熟悉，不獻丑了。

在linux上，AIO的實現是通過epoll來完成的，看JDK源碼，可以發現，實現源碼是：

UnixAsynchronousSocketChannelImpl

看實現接口：

implements Port.PollableChannel

這是與windows最大的區別，poll的實現，在linux2.6后，默認使用epoll。

這樣就可以理解了。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java的IO：BIO | NIO | AIO的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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