Java NIO/BIO 浅谈 同步/异步与阻塞/非阻塞

在我们了解Java NIO/BIO的网络通信之前,我们先了解一下常用的阻塞/非阻塞模型以及同步/异步的概念

一、阻塞和非阻塞

从简单的开始,我们以经典的读取文件的模型举例。(对操作系统而言,所有的输入输出设备都被抽象成文件。)在发起读取文件的请求时,应用层会调用系统内核的I/O接口。

如果应用层调用的是阻塞型I/O,那么在调用之后,应用层即刻被挂起,一直出于等待数据返回的状态,直到系统内核从磁盘读取完数据并返回给应用层,应用层才用获得的数据进行接下来的其他操作。

如果应用层调用的是非阻塞I/O,那么调用后,系统内核会立即返回(虽然还没有文件内容的数据),应用层并不会被挂起,它可以做其他任意它想做的操作。(至于文件内容数据如何返回给应用层,这已经超出了阻塞和非阻塞的辨别范畴。)

这便是(脱离同步和异步来说之后)阻塞和非阻塞的区别。总结来说,是否是阻塞还是非阻塞,关注的是接口调用(发出请求)后等待数据返回时的状态。被挂起无法执行其他操作的则是阻塞型的,可以被立即「抽离」去完成其他「任务」的则是非阻塞型的。

二、同步和异步

阻塞和非阻塞解决了应用层等待数据返回时的状态问题,那系统内核获取到的数据到底如何返回给应用层呢?这里不同类型的操作便体现的是同步和异步的区别。

对于同步型的调用,应用层需要自己去向系统内核问询,如果数据还未读取完毕,那此时读取文件的任务还未完成,应用层根据其阻塞和非阻塞的划分,或挂起或去做其他事情(所以同步和异步并不决定其等待数据返回时的状态);如果数据已经读取完毕,那此时系统内核将数据返回给应用层,应用层即可以用取得的数据做其他相关的事情。

而对于异步型的调用,应用层无需主动向系统内核问询,在系统内核读取完文件数据之后,会主动通知应用层数据已经读取完毕,此时应用层即可以接收系统内核返回过来的数据,再做其他事情。

这便是(脱离阻塞和非阻塞来说之后)同步和异步的区别。也就是说,是否是同步还是异步,关注的是任务完成时消息通知的方式。由调用方盲目主动问询的方式是同步调用,由被调用方主动通知调用方任务已完成的方式是异步调用。

三、Java 网络通信

3.1 基本概念

在Java网络通信中,最基本的概念就是Socket编程了。Socket又称“套接字” 向网络发出请求或者应答网络请求。

Socket 和ServerSocket类库位于Java.net 包中。ServerSocket用于服务器端,Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时,应用程序两端都会产生一个Scoket实例,操作这个实例,完成所需要的会话。对于一个网络连接来说,套接字是平等的,不因为在服务器端或者在客户端而产生不同的级别。不管是Socket还是ServerSocket他们的工作都是通过SocketImpl类及其子类完成的。

套接字之间的连接过程可以分为四个步骤:服务器监听,客户端请求服务器,服务器确认,客户端确认,进行通信。

1)服务器监听:是服务器套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态。

2)服务器请求:是指由客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描叙它要连接的服务器的套接字,指出服务器的套接字的地址和端口,然后就像服务器套接字提出连接请求。

3)服务器连接确认:是指当服务器套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求,它就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端的套接字的描述发送给客户端。

4)客户端连接确认:一旦客户端确认了此描叙,连接就建立完成了,双方开始通信。而服务器套接字继续处于监听状态;继续接受其他网络套接字的连接请求。

3.2 阻塞和非阻塞

阻塞:应用程序在获取网络数据的时候,如果程序传输数据很慢,那么程序就一直等待着,直到数据传输完成。

非阻塞:应用程序直接可以获取已经准备就绪的数据, 无须等待。

BIO和NIO的本质区别就是阻塞和非阻塞。

3.3 同步和异步

同步和异步一般是面向操作系统与应用程序对I/O操作的层面上区别的。

同步:应用程序会直接参与IO读写操作,并且我们的应用程序会直接阻塞到某个方法上,直到数据准备完毕。

异步:所有的IO操作交个操作系统处理,与我们应用程序没有直接关系,我们程序不需要关系IO读写,当操作系统完成了 IO读写的时候,会给我们应用程序发出通知,数据传输完毕。

3.4 在Java网络通信中同步和异步 阻塞和非阻塞

同步异步说的是Server服务器端的执行方式

阻塞和非阻塞说的就是接受数据的方式

BIO为同步阻塞模式,NIO为同步非阻塞。NIO并没有实现异步,在JDK1.7以后,升级了NIO库包,指出异步非阻塞通信模式NIO 2.0(AIO)。

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