BIO、NIO、AIO——丑九怪

写前面

Java语言对操作系统各种IO形式的封装，主要有这三种，BIO（同步阻塞）、NIO（同步不阻塞）和AIO（异步阻塞）。在使用时可以直接使用Java提供的API，不用关心操作系统的具体实现方式

三种IO

BIO

Java中最普通的IO。顾名思义，这中IO方式导致在通信时，在读写操作完成之前，线程会一直被阻塞，直到读写操作完成后，线程才被释放。整体结构如下：

server中有监听线程，监听是否有客户端进行连接，当有新的客户端连接时，我们创建一个业务线程去处理这个连接具体要做的事情。
这样做有缺陷：当访问量很大的时候，线程的创建和销毁会相当频繁，消耗系统资源，所以改进版本如下：

增加线程池，每次有新连接请求时，都向线程池索要线程，所有的线程由线程池进行统一管理，这样可以减少大部分线程创建和销毁的开销，
在C\S中使用这种IO，在大量并发连接的情况下，并不能满足性能需求。

NIO

Java1.4引入的功能，同步非阻塞式IO。使用新的解决方式：IO多路复用技术。NIO方式底层使用epoll实现（linux版本的JAVA下）（文末简单说明三种复用机制和epoll的四个核心函数）。NIO的三个核心组件：selector、channel、buffer。
selector：核心代码是三个native方法，本质上可以理解为两个容器，一个表示所有channel，另一个表示有待处理事件的channel
channel：在网络编程中可以简单理解为socket，可以对其进行读写操作
buffer：数据缓冲区
举个实际栗子，如图：

图中展示NIO使用时的模型，第一步先生成Server自己的ServerSocketChannel，并将其注册到selector的channels中，每当有client发出连接请求，selector会将client的socketchannel注册到channels中，当某个socketchannel有事件（比如IO事件）发生时，该socketchannel将被放入rdlist中，当前线程就会对其进行处理，处理结束后，当前线程继续对channels中的socketchannel进行监听，直到ServerSocketChannel接收到下一次连接请求或socketchannel发生了事件，再将其放入rdlist中，循环往复。

AIO

AIO比较NIO更近一步，在NIO中，socketchannel有事件发生，例如要读取数据时，需要线程自己读取、操作，然后返回，这个过程是同步的。而在AIO中更进一步，当有读事件发生时，操作系统会异步的读到buffer中，然后调用你的接口，返回异步读入buffer中的数据

总结

BIO 同步阻塞
针对磁盘文件读写IO操作来说，因为BIO用流读写文件，例如FileInputStrem，这种方式必须等待完成了这次IO才能返回。

NIO 同步非阻塞
无论多少客户端都可以接入服务端，客户端接入并不会耗费一个线程，只会创建一个连接，然后注册到selector上去，一个selector线程不断的轮询所有的socket连接，发现有事件了就通知你，然后启动一个线程处理一个请求即可，这个过程是非阻塞的。
但这个处理的过程中，你还是要先读取数据，处理，再返回的，这是个同步的过程。

AIO 异步非阻塞
当基于AIO的api去读写文件时，操作系统会帮你将数据读写到buffer中，等读写完成后， 操作系统会来回调你的接口， 告诉你操作完成。在这期间你不需要等待， 也不需要去轮询判断操作系统完成的状态，你可以去干其他的事情。

补充

select、poll、epoll

简单讲就是：select的底层是一个数组，大小为1024，策略是对数组进行遍历循环，查看数组中的channel是否有事件发生
poll底层使用的是链表，所以大小没有限制，策略同select一样，也是对链表上的节点进行遍历
epoll对poll进行优化，使用红黑树和双向链表进行存储和管理

epoll_create、epoll_ctl、epoll_event_callback、epoll_wait四个函数和eventpoll、epitem两个结构体

epoll中的核心数据结构是一个红黑树和一个双向链表

eventpoll是红黑树的根节点、同时也是双向链表的头结点
epitem是红黑树的叶子节点和双向链表的中间节点，结构如下图：

epoll_create函数用来创建eventpoll
epoll_ctl函数用来向channels中注册socketchannel，就是向红黑树中添加epitem
epoll_event_callback函数用来管理eventpoll下面的红黑树，当有事件发生时，将红黑树中的epitem放入双向链表中
epoll_wait函数用来在eventpoll对象中的双链表下"摘取"epitem并取出其包含的事件