Java BIO, NIO, AIO的一些粗浅认识

1. 阻塞与非阻塞

"阻塞"与“非阻塞”概念经常和“同步”、“异步”混淆。在Java程序中，很多线程通常处于阻塞（blocking）状态，而同步（并不是指多线程同步的Synchronized）并不是这样，同步通常是指步骤需要一步步来完成，就想常规的代码一条条地执行一样，但异步可以在没有执行完当前这行代码之前，就执行下一行代码，就像很多JS代码、UI控件、后台启动线程等。

相对于阻塞来讲，同步的程序线程应当是处于Running状态的。线程处于Blocking状态就差不多可以看成是睡眠的，也就是说它什么也没法做，只有一直等待一个信号的产生才能唤醒。处于Running状态下的线程是活跃的，在这种情况下可以去做很多其他的事情，可以一直去检测一些事情是否做好。

2. BIO (Blocking I/O)

Blocking I/O（阻塞I/O），这是最古老的Java通信机制，在这种模型中，应用程序首先会通过System Call发送请求给内核（Kernel），然后由内核去进行网络通信，应用程序如果发起的系统调用是读操作，在内核准备好数据以前，这个线程将会被挂起，一直等待下去，直到有返回的数据在内核中准备好位置，或者在设置SoTimeout后超时被唤醒。

假如抛开超时机制在网络等待机制中的作用，发起read()操作等待远程返回数据的过程由以下两个阶段组成。

阶段1：等待I/O返回数据，这取决于I/O请求的目标返回数据的速度。例如在网络I/O请求中，在远程返回数据前也需要经过一些处理才返回数据，远程输出数据后将取决于网络本身的速度及数据本身大小。

阶段2：返回数据首先被填充到内核（Kernel）的缓冲区里，然后再从内核区将数据向进程内部拷贝（copy data from kernel to user）。这个过程完成后，应用程序才会继续向下执行。

根据上面的过程，在BIO过程中，程序与内核交互的过程如下图所示：

2. NIO (New I/O)

Java从1.4版本开始支持NIO（New IO），可以实现非阻塞I/O的。非阻塞I/O和阻塞I/O有个很明显的区别是：当发生第一次System Call请求后，线程并没有被阻塞，但它没有做别的事情，而是在不断发起System Call请求。

这样操作似乎在空耗CPU，给人感觉还不如一直挂起等待返回，那样至少会让出CPU资源。其实，每次System Call只是看看数据准备好没有，通常它的时间是很短暂的，这样的动作完全只用一个线程来完成对很多事件的监听。换句话说，其它的线程可以去干别的事，只需要某个线程定期来做下检测即可，在设计上注意这个检测频率，就可以达到效率高且节约资源的目的。

总结：

IO	NIO
Stream Oriented	Buffer oriented
Blocking IO	Non Blocking IO
	Selectors

3. AIO (Asynchronous I/O)

JDK 1.7引入了NIO 2.0，也就是AIO，又叫异步IO。下面用“物流送货”来比如Java中的IO模型：

① BIO：你需要到物流的中转站去等货且不能离开中转站，如果货没到，其他的事情就别想做。

② NIO：每天去检测一下货物是否到了，这个动作十分简单，可以让每个小区派1个人去看看有没有这个小区的货物，如果有就带回来，或者这个人通知你去物流中转站拿货。

③ AIO：货到的时候送货上门，换句话说，去拿货的路途虽然不长，但是由别人帮你承担了。

使用AIO读取文件并不代表读取更快，我们不能用AIO读取一个大文件与用BIO来对比速度，这样没有任何意义。因为AIO的目的在于I/O过程中程序去做别的事情，也就是在并发时，更少的资源可以做更多的事情，并不是看在I/O过程中谁更快，它也做不到这点，因为能做到I/O更快只有提高磁盘或者网络本身的速度，而这些I/O模型只是调度I/O的机制而已。

AIO相对NIO，在某种意义上讲更加提高了资源利用率，但这仅仅是相对进程本身而言，对于整个服务器来说，还得看实际情况，因为进程不想做的事情交给内核去做了。AIO应当更加适合运用在I/O密集型系统中，BIO也并非没有价值，它使得交互简化，而且在很多情况下本身没有必要使用异步和非阻塞。