深入理解BIO、NIO、AIO

1 IO介绍

​ 在开始之前,我们先来思考一个问题:我们经常所说的“IO”的全称到底是什么?可能很多人看到这个问题和我一样一脸懵逼,IO的全称其实是:Input/Output的缩写。

​ BIO 也就是 Java 开始之初推出的 IO 操作模块,我们通常所说的 BIO 是相对于 NIO 来说的,BIO 是 BlockingIO 的缩写,顾名思义,我们常叫它阻塞式 IO 。

1.1 全面认识Java中的IO

传统的 IO 大致可以分为4种类型:

  • InputStream、OutputStream 基于字节操作的 IO
  • Writer、Reader 基于字符操作的 IO
  • File 基于磁盘操作的 IO
  • Socket 基于网络操作的 IO

1.2 BIO、NIO、AIO的区别

  • BIO:同步阻塞式IO,就是传统的 java.io 包,它在读写动作完成之前,线程会一直阻塞在那里。优点是代码比较简单、直观。缺点就是IO 的效率和扩展性很低,容易成为应用性能瓶颈。

  • NIO:同步非阻塞式IO,Java 1.4 引入的 java.nio 包,提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象,可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序,同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。

  • AIO:异步非阻塞式IO,Java 1.7 之后引入的包,是 NIO 的升级版本。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的,也就是应用操作之后会直接返回,不会堵塞在那里,当后台处理完成,操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

2 同步、异步、阻塞、非阻塞

上面说了很多关于同步、异步、阻塞和非阻塞的概念,接下来就具体聊一下它们4个的含义,以及组合之后形成的性能分析。

2.1同步与异步

​ 同步就是一个任务的完成需要依赖另外一个任务时,只有等待被依赖的任务完成后,依赖的任务才能算完成,这是一种可靠的任务序列。要么成功都成功,失败都失败,两个任务的状态可以保持一致。

​ 而异步是不需要等待被依赖的任务完成,只是通知被依赖的任务要完成什么工作,依赖的任务也立即执行,只要自己完成了整个任务就算完成了。至于被依赖的任务最终是否真正完成,依赖它的任务无法确定,所以它是不可靠的任务序列。

我们可以用打电话和发短信来很好的比喻同步与异步操作。

2.2阻塞与非阻塞

​ 阻塞与非阻塞主要是从 CPU 的消耗上来说的。

	阻塞就是 CPU 停下来等待一个慢的操作完成之后,CPU 才接着完成其它的事。

​ 非阻塞就是在这个慢的操作在执行时 CPU 去干其它别的事,等这个慢的操作完成时,CPU 再接着完成后续的操作。

​ 虽然表面上看非阻塞的方式可以明显的提高 CPU 的利用率,但是也带了另外一种后果就是系统的线程切换增加。增加的 CPU 使用时间能不能补偿系统的切换成本需要好好评估。

2.3 同/异步、非/阻塞组合性能分析

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