013 BIO、NIO、AIO的区别

IO通常分为几种,BIO(阻塞 Blocking IO)、NIO(非阻塞 Non-Blocking IO)、AIO(异步非阻塞)。

BIO

在JDK1.4出来之前,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建立一堆线程等待请求,而客户端发送请求后,先询问服务端是否有线程响应,如果没有则会一直等待或者遭到拒绝请求。BIO模型图如下:

BIO优缺点

  • 优点
    • 模型简单
    • 编码简单
  • 缺点
    • 性能瓶颈低

优缺点很明显。这里主要说下缺点:主要瓶颈在线程上。每个连接都会建立一个线程。虽然线程消耗比进程小,但是一台机器实际上能建立的有效线程有限,以Java来说,1.5以后,一个线程大致消耗1M内存!且随着线程数量的增加,CPU切换线程上下文的消耗也随之增加,在高过某个阀值后,继续增加线程,性能不增反降!而同样因为一个连接就新建一个线程,所以编码模型很简单!

就性能瓶颈这一点,就确定了BIO并不适合进行高性能服务器的开发!像Tomcat这样的Web服务器,从7开始就从BIO改成了NIO,来提高服务器性能!

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,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,但同时又会带来另外一个问题。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(也叫工作存储器),而且操作系统本身也对线程的总数有一定的限制。如果客户端过多,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应用程序进行处理,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与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只使用少量的多线程。NIO模型图如下:

NIO优缺点

  • 优点
    • 性能瓶颈高
  • 缺点
    • 模型复杂
    • 编码复杂
    • 需处理半包问题

NIO的优缺点和BIO就完全相反了!性能高,不用一个连接就建一个线程,可以一个线程处理所有的连接!相应的,编码就复杂很多。还有一个问题,由于是非阻塞的,应用无法知道什么时候消息读完!

BIO和NIO的对比图:

AIO

AIO没有前两者普及,暂不讨论!

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