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什么是BIO、NIO、AIO?

同步和异步

  • 同步: 同步就是发起一个调用后,被调用者未处理完请求之前,调用不返回。
  • 异步: 异步就是发起一个调用后,立刻得到被调用者的回应表示已接收到请求,但是被调用者并没有返回结果,此时我们可以处理其他的请求,被调用者通常依靠事件,回调等机制来通知调用者其返回结果。

同步和异步的区别最大在于异步的话调用者不需要等待处理结果,被调用者会通过回调等机制来通知调用者其返回结果。

阻塞与非阻塞

  • 阻塞: 阻塞就是发起一个请求,调用者一直等待请求结果返回,也就是当前线程会被挂起,无法从事其他任务,只有当条件就绪才能继续。
  • 非阻塞: 非阻塞就是发起一个请求,调用者不用一直等着结果返回,可以先去干其他事情。

组合

组合方式 性能分析 举例
同步阻塞 最常用的一种用法,使用也是最简单的,但是 I/O 性能一般很差,CPU 大部分在空闲状态。 有一排水壶在烧开水,BIO的工作模式就是, 叫一个线程停留在一个水壶那,直到这个水壶烧开,才去处理下一个水壶。但是实际上线程在等待水壶烧开的时间段什么都没有做。
同步非阻塞 提升 I/O 性能的常用手段,就是将 I/O 的阻塞改成非阻塞方式,尤其在网络 I/O 是长连接,同时传输数据也不是很多的情况下,提升性能非常有效。 这种方式通常能提升 I/O 性能,但是会增加CPU 消耗,要考虑增加的 I/O 性能能不能补偿 CPU 的消耗,也就是系统的瓶颈是在 I/O 还是在 CPU 上。 NIO的做法是叫一个线程不断的轮询每个水壶的状态,看看是否有水壶的状态发生了改变,从而进行下一步的操作。
异步阻塞 异步阻塞这种方式在分布式数据库中经常用到,例如在网一个分布式数据库中写一条记录,通常会有一份是同步阻塞的记录,而还有两至三份是备份记录会写到其它机器上,这些备份记录通常都是采用异步阻塞的方式写 I/O。对网络 I/O 能够提升效率,尤其像上面这种同时写多份相同数据的情况。
异步非阻塞 这种组合方式用起来比较复杂,只有在一些非常复杂的分布式情况下使用,像集群之间的消息同步机制一般用这种 I/O 组合方式。如 Cassandra 的 Gossip 通信机制就是采用异步非阻塞的方式。它适合同时要传多份相同的数据到集群中不同的机器,同时数据的传输量虽然不大,但是却非常频繁。这种网络 I/O 用这个方式性能能达到最高。 AIO为每个水壶上面装了一个开关,水烧开之后,水壶会自动通知我水烧开了。

BIO (synchronous Blocking IO) 同步阻塞

NIO (synchronous Non blocking IO) 同步非阻塞

AIO (Asynchronous non blocking IO) 异步非阻塞

简而言之,同步和异步最关键的区别在于同步必须等待(BIO)或者主动的去询问(NIO)IO是否完成,而异步(AIO)操作提交后只需等待操作系统的通知即可。

各自适用场景

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,但程序直观简单易理解。

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,并发局限于应用中,编程比较复杂,JDK1.4开始支持。

AIO方式适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。

Java核心(五)深入理解BIO、NIO、AIO
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