IO、NIO、AIO 内部原理分析

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NIO 之 Selector实现原理 NIO 之 Channel实现原理 NIO 之 ByteBuffer实现原理

阻塞IO

所有的读写IO都是阻塞操作。

多路复用模型

  • select/poll 从程序的角度解释: 将 channel 注册到 seletor 上,通过轮询channel是否就绪,将就绪的channel返回。
  • epoll 将 channel 注册到 selector 上,基于回调的方式(类似监听者模式),告知selector哪些 channel 已经就绪,然后将就绪的 channel 返回。

select/poll 和 epoll 性能分析

对比 select/poll 和 epoll 我们发现epoll效率更高。 如果 select/poll 中注册了大量的 channel,就要不停的轮询每个channel,来判断那些channel已经就绪。而 epoll 则不需要轮询。

jdk1.4 是使用的 select/poll 模型 jdk1.5 以后把select/poll 改为了epoll模型

异步 I/O

只需要通知内核要执行什么操作,内核执行完成后通知你已经执行完成。


下面分析下 阻塞I/O、NIO、AIO的数据处理流程

阻塞I/O 数据处理流程

Paste_Image.png

从程序调用Socket.getInputStream()方法开始一直阻塞到程序有可读数据。 阻塞期间程序不能做任何操作。由于网络的传输效率问题,程序基本上都是在等待网络数据传输,因此 阻塞I/O 效率很低。

如果客户端有多个用户同时访问服务器,我们一般会开启多线程进行处理,客户端的请求。如下图:

Paste_Image.png

客户端请求和服务器线程是一对一进行处理的,大量用户同时访问会造成服务器上创建大量的线程(线程上下文切换问题),可能导致服务器崩溃。 一般我们会采用线程池进行处理请求。

2. NIO 数据处理流程

NIO 实现原理

程序需要调用Seletor.select()方法,阻塞获取就绪的channel。然后从channel中读取数据做响应的处理。这样一个线程就可以处理多个请求,程序只需要处理已经就行的channel就ok了。

3.AIO 数据处理流程

AIO 实现原理

程序调用AIO的accept方法并传入Completionhandler,该方法是非阻塞方法。 等数据准备完成后回调Completionhandler处理响应操作。

程序只需要把具体的操作告知AIO就可以了,具体操作AIO来帮助你来操作。

NIO 和 AIO 性能上对比

AIO在性能上相对于NIO没有本质的提升。 AIO只是帮助你从内核中将数据复制到用户空间中,并调用你传入的回调方法。 NIO 是需要程序自己从内核中将数据复制到用户空间中,并需要程序自己调用相应的处理逻辑。


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