BIO、NIO、AIO 介绍和适用场景分析

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IO 的方式通常分为几种，同步阻塞的 BIO、同步非阻塞的 NIO、异步非阻塞的 AIO。

一、同步阻塞的 BIO

在 JDK1.4 之前，我们建立网络连接的时候采用 BIO 模式，需要先在服务端启动一个 serverSocket，然后在客户端启动 socket 来对服务端进行通信，默认情况下服务端需要对每个请求建立一堆线程等待请求，而客户端发送请求后，先咨询服务端是否有线程相应，如果没有则会一直等待或者遭到拒绝请求，如果有的话，客户端线程会等待请求结束后才继续执行。

二、同步非阻塞的 NIO

NIO 本身是基于事件驱动思想来完成的，其主要想解决的是 BIO 的大并发问题，在使用同步 I/O 的网络应用中，如果要同时处理多个客户端请求，或是在客户端要同时和多个服务器进行通讯，就必须使用多线程来处理。也就是说，将每一个客户端请求分配给一个线程来单独处理。这样做虽然可以达到我们的要求，但同时又带来另外一个问题。由于每创建一个线程，就要为这个线程分配一定的内存空间，而且操作系统本身对线程的总数有一定的限制。如果客户端的请求过多，服务端程序可能会因为不堪重负而拒绝客户端的请求，甚至服务器可能会因此而瘫痪。

NIO 基于 Reactor，当 socket 有流可读或可写入 socket 时，操作系统会相应的通知引用程序进行处理，应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。也就是说，这个时候，已经不是一个连接就要对应一个处理线程了，而是有效的请求，对应一个线程，当连接没有数据时，是没有工作线程来处理的。

BIO 和 NIO 一个比较重要的不同，是我们使用 BIO 的时候往往会引入多线程，每个连接一个单独的线程；而 NIO 则是使用单线程或者使用少量线程，每个连接公用一个线程。

NIO 的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上，所以所有的连接只需要一个线程就能搞定，当这个线程中多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的话，才开启一个线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式。

在 NIO 的处理方式中，当一个请求来的时候，开启线程进行处理，可能会等待后端应用的资源（JDBC 连接等），其实这个线程就被阻塞了，如果并发上来，还会有 BIO 一样的问题。

HTTP/1.1 出现后，有了 Http 长连接，这样除了超时和指明特定关闭的 http header 外，这个链接是一直打开的状态的，这样在 NIO 处理中可以进一步的进化，在后端资源中可以实现资源池或者队列，当请求来的话，开启的线程把请求和请求数据传送给后端资源池或者队列里面就返回，并且在全局的地方保持住这个现场(哪个连接的哪个请求等)，这样前面的线程还是可以去接受其他的请求，而后端的应用的处理只需要执行队列里面的就可以了，这样请求处理和后端应用是异步的.当后端处理完，到全局地方得到现场，产生响应，这个就实现了异步处理。

三、异步非阻塞 AIO

与 NIO 不同，当进行读写操作时，只需直接调用 API 的 read 或 write 方法即可。这两种方法均为异步的，对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入 read 方法的缓冲区，并通知应用程序；对于写操作而言，当操作系统将 write 方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。即可以理解为， read/write 方法都是异步的，完成后会主动调用回调函数。 在 JDK1.7 中，这部分内容成为 AIO，

主要在 java.nio.channels 包下增加了下面四个异步通道：

• AsynchronousSocketChannel

• AsynchronousServerSocketChannel

• AsynchronousFileChannel

• AsynchronousDatagramChannel

其中的 read/write 方法，会返回一个带回调函数的对象，当执行完读取/写入操作后，直接调用回调函数。

BIO 是一个连接一个线程。

NIO 是一个请求一个线程。

AIO 是一个有效请求一个线程。

先来个例子理解一下概念，以银行取款为例：

• 同步 ： 自己亲自出马持银行卡到银行取钱（使用同步 IO 时，Java 自己处理 IO 读写）；

• 异步 ： 委托一小弟拿银行卡到银行取钱，然后给你（使用异步 IO 时，Java 将 IO 读写委托给 OS 处理，需要将数据缓冲区地址和大小传给 OS(银行卡和密码)，OS 需要支持异步 IO 操作 API）；

• 阻塞 ： ATM 排队取款，你只能等待（使用阻塞 IO 时，Java 调用会一直阻塞到读写完成才返回）；

• 非阻塞 ： 柜台取款，取个号，然后坐在椅子上做其它事，等号广播会通知你办理，没到号你就不能去，你可以不断问大堂经理排到了没有，大堂经理如果说还没到你就不能去（使用非阻塞 IO 时，如果不能读写 Java 调用会马上返回，当 IO 事件分发器会通知可读写时再继续进行读写，不断循环直到读写完成）

四、java 对 BIO、NIO、AIO 的支持

java BIO：同步并阻塞

在此种方式下，用户进程在发起一个 IO 操作以后，必须等待 IO 操作的完成，只有当真正完成了 IO 操作以后，用户进程才能运行。JAVA 传统的 IO 模型属于此种方式！

服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。

java NIO：同步非阻塞

在此种方式下，用户进程发起一个 IO 操作以后边可返回做其它事情，但是用户进程需要时不时的询问 IO 操作是否就绪，这就要求用户进程不停的去询问，从而引入不必要的 CPU 资源浪费。其中目前 JAVA 的 NIO 就属于同步非阻塞 IO。

服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求时才启 《一线大厂 Java 面试题解析+后端开发学习笔记+最新架构讲解视频+实战项目源码讲义》无偿开源 威信搜索公众号【编程进阶路】 动一个线程进行处理。

java AIO：异步非阻塞