分布式理论、架构设计学习：BIO、NIO、AIO

Java IO/NIO/AIO详解：从同步异步到阻塞非阻塞

最新推荐文章于 2025-02-12 14:06:35 发布

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最新推荐文章于 2025-02-12 14:06:35 发布 · 284 阅读

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本文详细介绍了Java中的BIO、NIO和AIO的区别与应用场景。从同步异步、阻塞非阻塞的概念出发，通过实例解释了三种IO模型的工作原理。BIO是传统的同步阻塞IO，每个连接需要一个独立的线程处理。NIO引入了通道和选择器，实现了非阻塞IO，通过单一线程轮询多个连接的IO事件。AIO（异步IO）则在数据准备完成时才通知应用程序，实现真正的异步操作。

1. 同步和异步

同步（synchronize）、异步（asychronize）是指应用程序和内核的交互而言的

同步
指用户进程触发IO操作等待或者轮训的方式查看IO操作是否就绪。

同步举例：银行取钱，我自己去取钱，取钱的过程中等待

异步
当一个异步进程调用发出之后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出之后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或者通过回调函数来处理这个调用。

说明： 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，OS需要支持异步IO操作

异步举例：我请朋友帮我取钱，他取到钱后返回给我（委托给操作系统OS，OS需要支持IO异步API）

2. 阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞是针对于进程访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取不同的方式

简单点说就是一种读写操作方法的实现方式。阻塞方式下读取和写入将一直等待，而非阻塞方式下，读取和写入方法会理解返回一个状态值

阻塞
ATM机排队取款，你只能等待排队取款（使用阻塞IO的时候，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他事，等广播通知，没到你的号你就不能去，但你可以不断的问大堂经理排到了没有。（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）

老张煮开水。老张，水壶两把（普通水壶，简称水壶；会响的水壶，简称响水壶）。

老张把水壶放到火上，站立着等水开。（同步阻塞）

老张把水壶放到火上，去客厅看电视，时不时去厨房看看水开没有。（同步非阻塞）

老张把响水壶放到火上，立等水开。（异步阻塞）

老张把响水壶放到火上，去客厅看电视，水壶响之前不再去看它了，响了再去拿壶。（异步非阻塞）

3. BIO

同步阻塞IO。B代表blocking
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，服务器端就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。

适用场景：Java1.4之前唯一的选择，简单易用但资源开销太高
在这里插入图片描述

服务端代码

package com.study;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class IOServer {
   
   
    public static void main(String[] args) throws IOException {
   
   
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9999));
        while (true){
   
   
            final Socket socket = serverSocket.accept(); // 同步阻塞
            new Thread(() -> {
   
   
                byte[] bytes = new byte[1024];
                try {
   
   
                    int len = socket.getInputStream().read(bytes); // 同步阻塞
                    System.out.println(new String(bytes,0,len));
                    socket.getOutputStream().write(bytes,0,len);
                    socket.getOutputStream().flush();
                } catch (IOException e) {
   
   
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

客户端代码

package com.study;

import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

public class IOClient {
   
   

    public static void main(String[] args) throws IOException {
   
   
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);
        socket.getOutputStream().write("hello".getBytes());
        socket.getOutputStream().flush();
        System.out.println("server send back data =====");
        byte[] bytes