BIO、NIO和AIO的区别、具体实现

一:理解同步:同步就是在发出一个*调用*时,在没有得到结果之前,该*调用*就不返回,但是一旦调用返回,就得到返回值了。简单的为:就是由*调用者*主动等待这个*调用*的结果。

二:异步:*调用*在发出之后,这个调用就直接返回了,所以没有返回结果;换句话说,当一个异步过程调用发出后,调用者不会立刻得到结果。而是在*调用*发出后,*被调用者*通过状态、通知来通知调用者,或通过回调函数处理这个调用。

生活案例

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,如果是同步通信机制,书店老板会说,你稍等,”我查一下",然后开始查啊查,等查好了(可能是5秒,也可能是一天)告诉你结果(返回结果)。 而异步通信机制,书店老板直接告诉你我查一下啊,查好了打电话给你,然后直接挂电话了(不返回结果)。然后查好了,他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

三:阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果(消息,返回值)时的状态.

四:阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。 非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前,该调用不会阻塞当前线程。 还是上面的例子, 你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,你如果是阻塞式调用,你会一直把自己“挂起”,直到得到这本书有没有的结果,如果是非阻塞式调用,你不管老板有没有告诉你,你自己先一边去玩了, 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。 在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

同步阻塞IO(BIO)

        我们熟知的Socket编程就是BIO,一个socket连接一个处理线程(这个线程负责这个Socket连接的一系列数据传输操作)。阻塞的原因在于:操作系统允许的线程数量是有限的,多个socket申请与服务端建立连接时,服务端不能提供相应数量的处理线程,没有分配到处理线程的连接就会阻塞等待或被拒绝。

同步非阻塞IO(NIO)

         New IO是对BIO的改进,基于Reactor模型。我们知道,一个socket连接只有在特点时候才会发生数据传输IO操作,大部分时间这个“数据通道”是空闲的,但还是占用着线程。NIO作出的改进就是“一个请求一个线程”,在连接到服务端的众多socket中,只有需要进行IO操作的才能获取服务端的处理线程进行IO。这样就不会因为线程不够用而限制了socket的接入。客户端的socket连接到服务端时,就会在事件分离器注册一个 IO请求事件 和 IO 事件处理器。在该连接发生IO请求时,IO事件处理器就会启动一个线程来处理这个IO请求,不断尝试获取系统的IO的使用权限,一旦成功(即:可以进行IO),则通知这个socket进行IO数据传输。

         NIO还提供了两个新概念:Buffer和Channel

Buffer:
–        是一块连续的内存块。
–        是 NIO 数据读或写的中转地。
Channel:
–        数据的源头或者数据的目的地
–        用于向 buffer 提供数据或者读取 buffer 数据 ,buffer 对象的唯一接口。
–         异步 I/O 支持
      Buffer作为IO流中数据的缓冲区,而Channel则作为socket的IO流与Buffer的传输通道。客户端socket与服务端socket之间的IO传输不直接把数据交给CPU使用,
而是先经过Channel通道把数据保存到Buffer,然后CPU直接从Buffer区读写数据,一次可以读写更多的内容。
      使用Buffer提高IO效率的原因(这里与IO流里面的BufferedXXStream、BufferedReader、BufferedWriter提高性能的原理一样):IO的耗时主要花在数据传输的路上,普通的IO是一个字节一个字节地传输,
而采用了Buffer的话,通过Buffer封装的方法(比如一次读一行,则以行为单位传输而不是一个字节一次进行传输)就可以实现“一大块字节”的传输。比如:IO就是送快递,普通IO是一个快递跑一趟,采用了Buffer的IO就是一车跑一趟。很明显,buffer效率更高,花在传输路上
的时间大大缩短。

异步阻塞IO(AIO)

          NIO是同步的IO,是因为程序需要IO操作时,必须获得了IO权限后亲自进行IO操作才能进行下一步操作。AIO是对NIO的改进(所以AIO又叫NIO.2),它是基于Proactor模型的。每个socket连接在事件分离器注册 IO完成事件 和 IO完成事件处理器。程序需要进行IO时,向分离器发出IO请求并把所用的Buffer区域告知分离器,分离器通知操作系统进行IO操作,操作系统自己不断尝试获取IO权限并进行IO操作(数据保存在Buffer区),操作完成后通知分离器;分离器检测到 IO完成事件,则激活 IO完成事件处理器,处理器会通知程序说“IO已完成”,程序知道后就直接从Buffer区进行数据的读写。

          也就是说:AIO是发出IO请求后,由操作系统自己去获取IO权限并进行IO操作;NIO则是发出IO请求后,由线程不断尝试获取IO权限,获取到后通知应用程序自己进行IO操作。

代码实现参考下面这篇博文:

https://www.cnblogs.com/hujihon/p/6686363.html

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