Java中BIO、NIO、AIO的理解

在高性能的IO體系設計中，有幾個名詞概念常常會使我們感到迷惑不解。具體如下：

1 什么是同步？
2 什么是異步？
3 什么是阻塞？
4 什么是非阻塞？
5 什么是同步阻塞？
6 什么是同步非阻塞？
7 什么是異步阻塞？
8 什么是異步非阻塞？

先來舉個實例生活中的例子：

如果你想吃一份宮保雞丁蓋飯：
同步阻塞：你到飯館點餐，然后在那等著，還要一邊喊：好了沒啊！
同步非阻塞：在飯館點完餐，就去遛狗了。不過溜一會兒，就回飯館喊一聲：好了沒啊！
異步阻塞：遛狗的時候，接到飯館電話，說飯做好了，讓您親自去拿。
異步非阻塞：飯館打電話說，我們知道您的位置，一會給你送過來，安心遛狗就可以了。

在弄清楚上面的幾個問題之前，我們首先得明白什么是同步，異步，阻塞，非阻塞，只有這幾個單個概念理解清楚了，然后在組合理解起來，就相對比較容易了。

1、同步和異步是針對應用程序和內核的交互而言的。

2、阻塞和非阻塞是針對于進程在訪問數據的時候，根據IO操作的就緒狀態來采取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會立即返回一個狀態值。 

由上描述基本可以總結一句簡短的話，同步和異步是目的，阻塞和非阻塞是實現方式。

1.同步：指的是用戶進程觸發IO操作并等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒。自己上街買衣服，自己親自干這件事，別的事干不了。

2.異步：異步是指用戶進程觸發IO操作以后便開始做自己的事情，而當IO操作已經完成的時候會得到IO完成的通知（異步的特點就是通知） 告訴朋友自己合適衣服的尺寸，大小，顏色，讓朋友委托去賣，然后自己可以去干別的事。（使用異步IO時，Java將IO讀寫委托給OS處理，需要將數據緩沖區地址和大小傳給OS）

3.阻塞：所謂阻塞方式的意思是指, 當試圖對該文件描述符進行讀寫時, 如果當時沒有東西可讀,或者暫時不可寫, 程序就進入等待 狀態, 直到有東西可讀或者可寫為止 去公交站充值，發現這個時候，充值員不在（可能上廁所去了），然后我們就在這里等待，一直等到充值員回來為止。（當然現實社會，可不是這樣，但是在計算機里確實如此。）

4.非阻塞：非阻塞狀態下, 如果沒有東西可讀, 或者不可寫, 讀寫函數馬上返回, 而不會等待， 銀行里取款辦業務時，領取一張小票，領取完后我們自己可以玩玩手機，或者與別人聊聊天，當輪我們時，銀行的喇叭會通知，這時候我們就可以去了。

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。

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。

同步和異步是針對應用程序和內核的交互而言的，同步指的是用戶進程觸發IO操作并等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒，而異步是指用戶進程觸發IO操作以后便開始做自己的事情，而當IO操作已經完成的時候會得到IO完成的通知。

而阻塞和非阻塞是針對于進程在訪問數據的時候，根據IO操作的就緒狀態來采取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會立即返回一個狀態值。

所以,IO操作可以分為3類：同步阻塞（即早期的BIO操作）、同步非阻塞（NIO）、異步非阻塞（AIO）。

同步阻塞(BIO)：

在此種方式下，用戶進程在發起一個IO操作以后，必須等待IO操作的完成，只有當真正完成了IO操作以后，用戶進程才能運行。JAVA傳統的IO模型屬于此種方式。

同步非阻塞(NIO)：

在此種方式下，用戶進程發起一個IO操作以后便可返回做其它事情，但是用戶進程需要時不時的詢問IO操作是否就緒，這就要求用戶進程不停的去詢問，從而引入不必要的CPU資源浪費。其中目前JAVA的NIO就屬于同步非阻塞IO。

異步非阻塞(AIO)：

此種方式下是指應用發起一個IO操作以后，不等待內核IO操作的完成，等內核完成IO操作以后會通知應用程序。

同步阻塞IO（JAVA BIO）：

同步并阻塞，服務器實現模式為一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務器端就需要啟動一個線程進行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，當然可以通過線程池機制改善。

同步非阻塞IO(Java NIO)：

同步非阻塞，服務器實現模式為一個請求一個線程，即客戶端發送的連接請求都會注冊到多路復用器上，多路復用器輪詢到連接有I/O請求時才啟動一個線程進行處理。用戶進程也需要時不時的詢問IO操作是否就緒，這就要求用戶進程不停的去詢問。

異步阻塞IO（Java NIO）： 

此種方式下是指應用發起一個IO操作以后，不等待內核IO操作的完成，等內核完成IO操作以后會通知應用程序，這其實就是同步和異步最關鍵的區別，同步必須等待或者主動的去詢問IO是否完成，那么為什么說是阻塞的呢？因為此時是通過select系統調用來完成的，而select函數本身的實現方式是阻塞的，而采用select函數有個好處就是它可以同時監聽多個文件句柄（如果從UNP的角度看，select屬于同步操作。因為select之后，進程還需要讀寫數據），從而提高系統的并發性！ 

（Java AIO(NIO.2)）異步非阻塞IO: 

在此種模式下，用戶進程只需要發起一個IO操作然后立即返回，等IO操作真正的完成以后，應用程序會得到IO操作完成的通知，此時用戶進程只需要對數據進行處理就好了，不需要進行實際的IO讀寫操作，因為真正的IO讀取或者寫入操作已經由內核完成了。 

BIO、NIO、AIO適用場景分析: 

        BIO方式適用于連接數目比較小且固定的架構，這種方式對服務器資源要求比較高，并發局限于應用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡單易理解。
        NIO方式適用于連接數目多且連接比較短（輕操作）的架構，比如聊天服務器，并發局限于應用中，編程比較復雜，JDK1.4開始支持。
        AIO方式使用于連接數目多且連接比較長（重操作）的架構，比如相冊服務器，充分調用OS參與并發操作，編程比較復雜，JDK7開始支持。

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