java nio aio bio概念

时间：2021-06-28 20:08:59 收藏：0 阅读：0

title: java nio aio bio概念
date: 2018/1/13 21:12:55
tags: [nio,aio]
categories:

开发
java

就目前来说，大多数的系统瓶颈在io , io的瓶颈又在寻址 ……

跑题了，我先来记录总结几个基本概念吧

IO分两阶段：

1.数据准备阶段
2.内核空间复制回用户进程缓冲区阶段

一般来讲：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO复用模型(select/poll/epoll)、信号驱动IO模型都属于同步IO，因为阶段2是阻塞的(尽管时间很短)。只有异步IO模型是符合POSIX异步IO操作含义的，不管在阶段1还是阶段2都可以干别的事。

阻塞和非阻塞

是进程访问数据的时候，数据是否准备就绪的一种处理方式。

当数据没有准备好的时候：

阻塞

需要等待数据缓冲区中的数据准备好后，才处理其它事情
非阻塞

数据如果没有准备好，直接返回

同步和异步

基于应用程序和操作系统处理io事件所采用的方式

同步
1. 应用程序直接参与io读写的操作
2. 会阻塞在某个方法上等待io事件的完成（阻塞io事件或者通过轮询方式）
  - 阻塞io事件
    
    不能做自己的事情，一直阻塞线程
  - IO事件轮询方式（多路复用，Select模式）
    
    读写事件交给一个单独的（select）线程来处理，并完成io事件的注册功能，然后不断的轮询读写缓冲区看数据是否准备好，有数据通知我们的读写线程。这样以前的读写线程可以做其它事情，因为这个时候阻塞的不是所有的io线程，而是select线程（select 相当于一个管家）
    
    但是它还是同步的，因为真正的io操作不是完全交给操作系统的，应用程序要参与
  - 例子（把select比做管家，还有客人和主人）：
    
    当【客人】来拜访【主人】的时候，先找到【管家】，【管家】得到这个注册信息后，跟【主人】说：我这里来了一个或者多个【客人】，他们需要【主人】给他们某某东西。这个时候【客人】可以去做其它事情，比如看看花园。当【管家】得知【主人】准备好东西后，他就去找对应的某人告诉这位【客人】主人给他某样东西，这个时候阻塞是发生在【管家】不是【客人】
异步
1. 所有的io操作交给OS处理
2. 可以去做其它事情，并不需要去完成真正的io操作，当操作系统完成io后，给我们应用程序一个通知就行
例子（来源于网络）阻塞和非阻塞，同步和异步

故事：老王烧开水。

出场人物：老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。

老王想了想，有好几种等待方式
1. 老王用水壶煮水，并且站在那里，不管水开没开，每隔一定时间看看水开了没。－同步阻塞
老王想了想，这种方法不够聪明。
1. 老王还是用水壶煮水，不再傻傻的站在那里看水开，跑去寝室上网，但是还是会每隔一段时间过来看看水开了没有，水没有开就走人。－同步非阻塞
老王想了想，现在的方法聪明了些，但是还是不够好。
1. 老王这次使用高大上的响水壶来煮水，站在那里，但是不会再每隔一段时间去看水开，而是等水开了，水壶会自动的通知他。－异步阻塞
老王想了想，不会呀，既然水壶可以通知我，那我为什么还要傻傻的站在那里等呢，嗯，得换个方法。
1. 老王还是使用响水壶煮水，跑到客厅上网去，等着响水壶自己把水煮熟了以后通知他。－异步非阻塞
老王豁然，这下感觉轻松了很多。

JAVA IO模型

BIO

graph TD Thread((Thread1)) --read-->InputStream1; InputStream1 --io-->Socket1; Thread2((Thread2)) --read-->InputStream2; InputStream2 --io-->Socket2; Thread3((Thread3)) --read-->InputStream3; InputStream3 --io-->Socket3;

JDK1.4以前都是使用的bio

阻塞在读写方法
用阻塞到线程来改进性能，但是线程也是一个大的开销
阻塞点
- server.accept()
- inputstream.read()
缺点
- 单线程情况下只能有一个客户端访问
- 用线程池可以有多个客户端连接，但是非常消耗性能

NIO

graph LR; Thread((Thread))--select-->Selector; SocketChannel1--register-selectionkey-->Selector; SocketChannel2--register-selectionkey-->Selector; SocketChannel3--register-selectionkey-->Selector; SocketChannel1--io-->Socket1; SocketChannel2--io-->Socket2; SocketChannel3--io-->Socket3;

New IO,Single thread blocked on selection

阻塞点

selector.select();//当注册的事件到达时该方法返回，否则一直阻塞
select()也可以不阻塞，select(millisecond) wakeup() selectNow()
单线程可以服务多个客户端

Select模式

学习了linux的多路复用技术
"多路复用" --这里“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个线程。采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求（尽量减少网络 IO 的时间消耗）
如果你看select()方法的实现你会发现：它是用c写的
- windows通过winsocket实现
- linux通过select/poll/epoll实现
同步非阻塞 nio v1
实现IO事件的轮询方式
常用的网络通信框架 mina,netty

原理

selector要管理的事情：（所有的io事件）

客户端的连接
服务端的accept
客户端和服务端的读写

选择器：当io事件注册给我们的selector时，selector会分配一个key标记它，当io事件完成时通过这个标记来找到相应的管道，然后通过管道来发送和接收数据等操作

数据缓冲区：bytebuffer 提供很多读写方法

重要API:

// Selector
Selector select = Selector.open();
// Server point 
ServerSocketChannel
// client point
SocketChannel 
// 获取io事件keys 
Selectionkey keys = Selector.selectedKeys();

// 注册到selector
channel.register(Selector,SelectedKeys.OP_WRITE)

例子

客人到餐厅点菜
餐厅（系统） ; 餐厅大门（ServerSocketChannel）; 客人（客户端-SocketChannel）; 服务员（selector + 线程);

AIO

jdk1.7以后 nio v2
学习了linux epoll 模式
原理
- AsynchronousServerSocketChannel
- AsynchronousSocketChannel
- 用户处理器：interface CompletionHandler
  - 这个接口向操作系统发起IO请求，当完成后处理具体逻辑，否则做自己该做的事情
  - completed(V result, A attachment)方法
  - fail(Throwable exc result, A attachment)方法

小结

NIO AIO 原理就是在原来的（serversocket,socket)基础上做了改进
- 对读写管道进行了抽象，管道Channel
- 一个连接（TCP,UDP）可以对应有多个管道

Netty

运用在那些领域？

分布式进程通信
例如: hadoop、dubbo、akka , rocketmq等具有分布式功能的框架，底层RPC通信都是基于netty实现的
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