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。

一、BIO

?????在JDK1.4出來(lái)之前，我們建立網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)候采用BIO模式，需要先在服務(wù)端啟動(dòng)一個(gè)ServerSocket，然后在客戶端啟動(dòng)Socket來(lái)對(duì)服務(wù)端進(jìn)行通信，默認(rèn)情況下服務(wù)端需要對(duì)每個(gè)請(qǐng)求建立一堆線程等待請(qǐng)求，而客戶端發(fā)送請(qǐng)求后，先咨詢服務(wù)端是否有線程相應(yīng)，如果沒(méi)有則會(huì)一直等待或者遭到拒絕請(qǐng)求，如果有的話，客戶端會(huì)線程會(huì)等待請(qǐng)求結(jié)束后才繼續(xù)執(zhí)行。

二、NIO

????NIO本身是基于事件驅(qū)動(dòng)思想來(lái)完成的，其主要想解決的是BIO的大并發(fā)問(wèn)題： 在使用同步I/O的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，如果要同時(shí)處理多個(gè)客戶端請(qǐng)求，或是在客戶端要同時(shí)和多個(gè)服務(wù)器進(jìn)行通訊，就必須使用多線程來(lái)處理。也就是說(shuō)，將每一個(gè)客戶端請(qǐng)求分配給一個(gè)線程來(lái)單獨(dú)處理。這樣做雖然可以達(dá)到我們的要求，但同時(shí)又會(huì)帶來(lái)另外一個(gè)問(wèn)題。由于每創(chuàng)建一個(gè)線程，就要為這個(gè)線程分配一定的內(nèi)存空間（也叫工作存儲(chǔ)器），而且操作系統(tǒng)本身也對(duì)線程的總數(shù)有一定的限制。如果客戶端的請(qǐng)求過(guò)多，服務(wù)端程序可能會(huì)因?yàn)椴豢爸刎?fù)而拒絕客戶端的請(qǐng)求，甚至服務(wù)器可能會(huì)因此而癱瘓。

??? NIO基于Reactor，當(dāng)socket有流可讀或可寫入socket時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的通知應(yīng)用程序進(jìn)行處理，應(yīng)用再將流讀取到緩沖區(qū)或?qū)懭氩僮飨到y(tǒng)。? 也就是說(shuō)，這個(gè)時(shí)候，已經(jīng)不是一個(gè)連接就要對(duì)應(yīng)一個(gè)處理線程了，而是有效的請(qǐng)求，對(duì)應(yīng)一個(gè)線程，當(dāng)連接沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)，是沒(méi)有工作線程來(lái)處理的。

?? BIO與NIO一個(gè)比較重要的不同，是我們使用BIO的時(shí)候往往會(huì)引入多線程，每個(gè)連接一個(gè)單獨(dú)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(gè)連接共用一個(gè)線程。（IO多路復(fù)用技術(shù)）

????? NIO的最重要的地方是當(dāng)一個(gè)連接創(chuàng)建后，不需要對(duì)應(yīng)一個(gè)線程，這個(gè)連接會(huì)被注冊(cè)到多路復(fù)用器上面，所以所有的連接只需要一個(gè)線程就可以搞定，當(dāng)這個(gè)線程中的多路復(fù)用器進(jìn)行輪詢的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)連接上有請(qǐng)求的話，才開(kāi)啟一個(gè)線程進(jìn)行處理，也就是一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程模式。

??????在NIO的處理方式中，當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求來(lái)的話，開(kāi)啟線程進(jìn)行處理，可能會(huì)等待后端應(yīng)用的資源(JDBC連接等)，其實(shí)這個(gè)線程就被阻塞了，當(dāng)并發(fā)上來(lái)的話，還是會(huì)有BIO一樣的問(wèn)題。

　　HTTP/1.1出現(xiàn)后，有了Http長(zhǎng)連接，這樣除了超時(shí)和指明特定關(guān)閉的http header外，這個(gè)鏈接是一直打開(kāi)的狀態(tài)的，這樣在NIO處理中可以進(jìn)一步的進(jìn)化，在后端資源中可以實(shí)現(xiàn)資源池或者隊(duì)列，當(dāng)請(qǐng)求來(lái)的話，開(kāi)啟的線程把請(qǐng)求和請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳送給后端資源池或者隊(duì)列里面就返回（異步隊(duì)列），并且在全局的地方保持住這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)(哪個(gè)連接的哪個(gè)請(qǐng)求等)，這樣前面的線程還是可以去接受其他的請(qǐng)求，而后端的應(yīng)用的處理只需要執(zhí)行隊(duì)列里面的就可以了，這樣請(qǐng)求處理和后端應(yīng)用是異步的.當(dāng)后端處理完，到全局地方得到現(xiàn)場(chǎng)，產(chǎn)生響應(yīng)，這個(gè)就實(shí)現(xiàn)了異步處理。

三、AIO

???? 與NIO不同，當(dāng)進(jìn)行讀寫操作時(shí)，只須直接調(diào)用API的read或write方法即可。這兩種方法均為異步的，對(duì)于讀操作而言，當(dāng)有流可讀取時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將可讀的流傳入read方法的緩沖區(qū)，并通知應(yīng)用程序；對(duì)于寫操作而言，當(dāng)操作系統(tǒng)將write方法傳遞的流寫入完畢時(shí)，操作系統(tǒng)主動(dòng)通知應(yīng)用程序。? 即可以理解為，read/write方法都是異步的，完成后會(huì)主動(dòng)調(diào)用回調(diào)函數(shù)。? 在JDK1.7中，這部分內(nèi)容被稱作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四個(gè)異步通道：

• AsynchronousSocketChannel
• AsynchronousServerSocketChannel
• AsynchronousFileChannel
• AsynchronousDatagramChannel

其中的read/write方法，會(huì)返回一個(gè)帶回調(diào)函數(shù)的對(duì)象，當(dāng)執(zhí)行完讀取/寫入操作后，直接調(diào)用回調(diào)函數(shù)。

BIO是一個(gè)連接一個(gè)線程。

NIO是一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程。

AIO是一個(gè)有效請(qǐng)求一個(gè)線程。

先來(lái)個(gè)例子理解一下概念，以銀行取款為例：?

• 同步 ： 自己親自出馬持銀行卡到銀行取錢（使用同步IO時(shí)，Java自己處理IO讀寫）；
• 異步 ： 委托一小弟拿銀行卡到銀行取錢，然后給你（使用異步IO時(shí)，Java將IO讀寫委托給OS處理，需要將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址和大小傳給OS(銀行卡和密碼)，OS需要支持異步IO操作API）；
• 阻塞 ： ATM排隊(duì)取款，你只能等待（使用阻塞IO時(shí)，Java調(diào)用會(huì)一直阻塞到讀寫完成才返回）；
• 非阻塞 ： 柜臺(tái)取款，取個(gè)號(hào)，然后坐在椅子上做其它事，等號(hào)廣播會(huì)通知你辦理，沒(méi)到號(hào)你就不能去，你可以不斷問(wèn)大堂經(jīng)理排到了沒(méi)有，大堂經(jīng)理如果說(shuō)還沒(méi)到你就不能去（使用非阻塞IO時(shí)，如果不能讀寫Java調(diào)用會(huì)馬上返回，當(dāng)IO事件分發(fā)器會(huì)通知可讀寫時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行讀寫，不斷循環(huán)直到讀寫完成）

Java對(duì)BIO、NIO、AIO的支持：

• Java BIO ： 同步并阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程，即客戶端有連接請(qǐng)求時(shí)服務(wù)器端就需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理，如果這個(gè)連接不做任何事情會(huì)造成不必要的線程開(kāi)銷，當(dāng)然可以通過(guò)線程池機(jī)制改善。

• Java NIO ： 同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程，即客戶端發(fā)送的連接請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到多路復(fù)用器上，多路復(fù)用器輪詢到連接有I/O請(qǐng)求時(shí)才啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理。

• Java AIO(NIO.2) ： 異步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)有效請(qǐng)求一個(gè)線程，客戶端的I/O請(qǐng)求都是由OS先完成了再通知服務(wù)器應(yīng)用去啟動(dòng)線程進(jìn)行處理，

BIO、NIO、AIO適用場(chǎng)景分析:

• BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高，并發(fā)局限于應(yīng)用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡(jiǎn)單易理解。

• NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中，編程比較復(fù)雜，JDK1.4開(kāi)始支持。

• AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長(zhǎng)（重操作）的架構(gòu)，比如相冊(cè)服務(wù)器，充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開(kāi)始支持。

另外，I/O屬于底層操作，需要操作系統(tǒng)支持，并發(fā)也需要操作系統(tǒng)的支持，所以性能方面不同操作系統(tǒng)差異會(huì)比較明顯。

在高性能的I/O設(shè)計(jì)中，有兩個(gè)比較著名的模式Reactor和Proactor模式，其中Reactor模式用于同步I/O，而Proactor運(yùn)用于異步I/O操作。

?一般來(lái)說(shuō)I/O模型可以分為：同步阻塞，同步非阻塞，異步阻塞，異步非阻塞IO

1,同步和異步是針對(duì)應(yīng)用程序和內(nèi)核的交互而言的。?同步/異步是在時(shí)間上強(qiáng)調(diào)處理事情的結(jié)果/機(jī)會(huì)成本的兩種處理策略；強(qiáng)調(diào)結(jié)果意味著對(duì)結(jié)果的迫不急待，不過(guò)結(jié)果是正確的還是錯(cuò)誤的，反正你要立即給我一個(gè)結(jié)果響應(yīng)；強(qiáng)調(diào)時(shí)間機(jī)會(huì)成本意味著對(duì)等待結(jié)果浪費(fèi)的時(shí)間極其難接受，而對(duì)結(jié)果并不是那么急切，暫時(shí)不管結(jié)果（讓處理方處理完主動(dòng)通知結(jié)果/自己空閑的時(shí)候主動(dòng)去獲取結(jié)果）轉(zhuǎn)而去處理其他事情

2,阻塞和非阻塞是針對(duì)于進(jìn)程在訪問(wèn)數(shù)據(jù)的時(shí)候，根據(jù)IO操作的就緒狀態(tài)來(lái)采取的不同方式，說(shuō)白了是一種讀取或者寫入操作函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數(shù)將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數(shù)會(huì)立即返回一個(gè)狀態(tài)值。

3,同步/異步是宏觀上（進(jìn)程間通訊，通常表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)IO的處理上），阻塞/非阻塞是微觀上（進(jìn)程內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸，通常表現(xiàn)為對(duì)本地IO的處理上）；阻塞和非阻塞是同步/異步的表現(xiàn)形式

由上描述基本可以總結(jié)一句簡(jiǎn)短的話，同步和異步是目的，阻塞和非阻塞是實(shí)現(xiàn)方式。?

?

下面我們?cè)賮?lái)理解組合方式的IO類型，就好理解多了。?

同步阻塞IO（JAVA BIO）：?
??? 同步并阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程，即客戶端有連接請(qǐng)求時(shí)服務(wù)器端就需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理，如果這個(gè)連接不做任何事情會(huì)造成不必要的線程開(kāi)銷，當(dāng)然可以通過(guò)線程池機(jī)制改善。?

同步非阻塞IO(Java NIO) ： 同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)請(qǐng)求一個(gè)線程，即客戶端發(fā)送的連接請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到多路復(fù)用器上，多路復(fù)用器輪詢到連接有I/O請(qǐng)求時(shí)才啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理。用戶進(jìn)程也需要時(shí)不時(shí)的詢問(wèn)IO操作是否就緒，這就要求用戶進(jìn)程不停的去詢問(wèn)。?

異步阻塞IO（Java NIO）：??
?? 此種方式下是指應(yīng)用發(fā)起一個(gè)IO操作以后，不等待內(nèi)核IO操作的完成，等內(nèi)核完成IO操作以后會(huì)通知應(yīng)用程序，這其實(shí)就是同步和異步最關(guān)鍵的區(qū)別，同步必須等待或者主動(dòng)的去詢問(wèn)IO是否完成，那么為什么說(shuō)是阻塞的呢？因?yàn)榇藭r(shí)是通過(guò)select系統(tǒng)調(diào)用來(lái)完成的，而select函數(shù)本身的實(shí)現(xiàn)方式是阻塞的，而采用select函數(shù)有個(gè)好處就是它可以同時(shí)監(jiān)聽(tīng)多個(gè)文件句柄（如果從UNP的角度看，select屬于同步操作。因?yàn)閟elect之后，進(jìn)程還需要讀寫數(shù)據(jù)），從而提高系統(tǒng)的并發(fā)性！??


（Java AIO(NIO.2)）異步非阻塞IO:??
?? 在此種模式下，用戶進(jìn)程只需要發(fā)起一個(gè)IO操作然后立即返回，等IO操作真正的完成以后，應(yīng)用程序會(huì)得到IO操作完成的通知，此時(shí)用戶進(jìn)程只需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就好了，不需要進(jìn)行實(shí)際的IO讀寫操作，因?yàn)檎嬲腎O讀取或者寫入操作已經(jīng)由內(nèi)核完成了。????

BIO、NIO、AIO適用場(chǎng)景分析:?

??? BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高，并發(fā)局限于應(yīng)用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡(jiǎn)單易理解。?

??? NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中，編程比較復(fù)雜，JDK1.4開(kāi)始支持。?

??? AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長(zhǎng)（重操作）的架構(gòu)，比如相冊(cè)服務(wù)器，充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開(kāi)始支持。?

搞清楚了以上概念以后，我們?cè)倩剡^(guò)頭來(lái)看看，Reactor模式和Proactor模式。??
?

?首先來(lái)看看Reactor模式，Reactor模式應(yīng)用于同步I/O的場(chǎng)景。我們分別以讀操作和寫操作為例來(lái)看看Reactor中的具體步驟：??
讀取操作：??
1. 應(yīng)用程序注冊(cè)讀就緒事件和相關(guān)聯(lián)的事件處理器??
??
2. 事件分離器等待事件的發(fā)生??
??
3. 當(dāng)發(fā)生讀就緒事件的時(shí)候，事件分離器調(diào)用第一步注冊(cè)的事件處理器??
??
4. 事件處理器首先執(zhí)行實(shí)際的讀取操作，然后根據(jù)讀取到的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的處理??
??
寫入操作類似于讀取操作，只不過(guò)第一步注冊(cè)的是寫就緒事件。??
???
??
下面我們來(lái)看看Proactor模式中讀取操作和寫入操作的過(guò)程：??
讀取操作：??
1. 應(yīng)用程序初始化一個(gè)異步讀取操作，然后注冊(cè)相應(yīng)的事件處理器，此時(shí)事件處理器不關(guān)注讀取就緒事件，而是關(guān)注讀取完成事件，這是區(qū)別于Reactor的關(guān)鍵。??
??
2. 事件分離器等待讀取操作完成事件??
??
3. 在事件分離器等待讀取操作完成的時(shí)候，操作系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)核線程完成讀取操作（異步IO都是操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)讀寫到應(yīng)用傳遞進(jìn)來(lái)的緩沖區(qū)供應(yīng)用程序操作，操作系統(tǒng)扮演了重要角色），并將讀取的內(nèi)容放入用戶傳遞過(guò)來(lái)的緩存區(qū)中。這也是區(qū)別于Reactor的一點(diǎn)，Proactor中，應(yīng)用程序需要傳遞緩存區(qū)。??
??
4. 事件分離器捕獲到讀取完成事件后，激活應(yīng)用程序注冊(cè)的事件處理器，事件處理器直接從緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)，而不需要進(jìn)行實(shí)際的讀取操作。??
??
Proactor中寫入操作和讀取操作，只不過(guò)感興趣的事件是寫入完成事件。??
??
從上面可以看出，Reactor和Proactor模式的主要區(qū)別就是真正的讀取和寫入操作是有誰(shuí)來(lái)完成的，Reactor中需要應(yīng)用程序自己讀取或者寫入數(shù)據(jù)，而Proactor模式中，應(yīng)用程序不需要進(jìn)行實(shí)際的讀寫過(guò)程，它只需要從緩存區(qū)讀取或者寫入即可，操作系統(tǒng)會(huì)讀取緩存區(qū)或者寫入緩存區(qū)到真正的IO設(shè)備.??
???
????????? 綜上所述，同步和異步是相對(duì)于應(yīng)用和內(nèi)核的交互方式而言的，同步 需要主動(dòng)去詢問(wèn)，而異步的時(shí)候內(nèi)核在IO事件發(fā)生的時(shí)候通知應(yīng)用程序，而阻塞和非阻塞僅僅是系統(tǒng)在調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式而已。??


如果你想吃一份宮保雞丁蓋飯：?

同步阻塞：你到飯館點(diǎn)餐，然后在那等著，還要一邊喊：好了沒(méi)啊！?

同步非阻塞：在飯館點(diǎn)完餐，就去遛狗了。不過(guò)溜一會(huì)兒，就回飯館喊一聲：好了沒(méi)啊！?

異步阻塞：遛狗的時(shí)候，接到飯館電話，說(shuō)飯做好了，讓您親自去拿。?

異步非阻塞：飯館打電話說(shuō)，我們知道您的位置，一會(huì)給你送過(guò)來(lái)，安心遛狗就可以了。?

“一個(gè)IO操作其實(shí)分成了兩個(gè)步驟：發(fā)起IO請(qǐng)求和實(shí)際的IO操作。?
同步IO和異步IO的區(qū)別就在于第二個(gè)步驟是否阻塞，如果實(shí)際的IO讀寫阻塞請(qǐng)求進(jìn)程，那么就是同步IO。?
阻塞IO和非阻塞IO的區(qū)別在于第一步，發(fā)起IO請(qǐng)求是否會(huì)被阻塞，如果阻塞直到完成那么就是傳統(tǒng)的阻塞IO，如果不阻塞，那么就是非阻塞IO。?

同步和異步是針對(duì)應(yīng)用程序和內(nèi)核的交互而言的，同步指的是用戶進(jìn)程觸發(fā)IO操作并等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒，而異步是指用戶進(jìn)程觸發(fā)IO操作以后便開(kāi)始做自己的事情，而當(dāng)IO操作已經(jīng)完成的時(shí)候會(huì)得到IO完成的通知。而阻塞和非阻塞是針對(duì)于進(jìn)程在訪問(wèn)數(shù)據(jù)的時(shí)候，根據(jù)IO操作的就緒狀態(tài)來(lái)采取的不同方式，說(shuō)白了是一種讀取或者寫入操作函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數(shù)將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數(shù)會(huì)立即返回一個(gè)狀態(tài)值。?
所以,IO操作可以分為3類：同步阻塞（即早期的IO操作）、同步非阻塞（NIO）、異步（AIO）。?
同步阻塞：?
在此種方式下，用戶進(jìn)程在發(fā)起一個(gè)IO操作以后，必須等待IO操作的完成，只有當(dāng)真正完成了IO操作以后，用戶進(jìn)程才能運(yùn)行。JAVA傳統(tǒng)的IO模型屬于此種方式。?

同步非阻塞：?
在此種方式下，用戶進(jìn)程發(fā)起一個(gè)IO操作以后邊可返回做其它事情，但是用戶進(jìn)程需要時(shí)不時(shí)的詢問(wèn)IO操作是否就緒，這就要求用戶進(jìn)程不停的去詢問(wèn)，從而引入不必要的CPU資源浪費(fèi)。其中目前JAVA的NIO就屬于同步非阻塞IO。?
異步：?
此種方式下是指應(yīng)用發(fā)起一個(gè)IO操作以后，不等待內(nèi)核IO操作的完成，等內(nèi)核完成IO操作以后會(huì)通知應(yīng)用程序?！?

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最后，幾篇解釋的不錯(cuò)的文章：

BIO NIO AIO

NIO.2 入門，第 1 部分: 異步通道 API

使用異步 I/O 大大提高應(yīng)用程序的性能

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的IO: BIO ? NIO ? AIO?的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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