bio,io,nio

  1. BIO服务器端的实现模式是一个连接一个线程,即客户端有连接请求时需要启动一个线程进行处理,可以通过线程池进行管理,但创建开销比较大并且创建线程数量有限。
  2. NIO是同步非阻塞的,服务器实现模式为一个请求一个线程,即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器(Selector)上,多路复用轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。
    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使用少量的多线程,多个连接公用一个线程。
  3. AIO异步非阻塞,服务器实现模式是一个有效请求一个线程,客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

以上是网络IO,下面是磁盘IO:

BIO是同步阻塞试的,都是通过字节的移动来处理的,也就是说面向流的输入/输出系统一次只能处理一个字节,因此面向流的IO系统通常效率不高。

NIO是面向块的处理,采用内存映射文件的方式来处理输入/输出,NIO将文件或文件的一段区域映射到内存中,这样就可以像访问内存一样来访问文件了。NIO包含两个核心对象Channel(通道)和Buffer(缓冲)。
看下源码:

package java.nio.channels;

import java.io.IOException;
import java.io.Closeable;

public interface Channel extends Closeable {

    public boolean isOpen();
    public void close() throws IOException;
}

Buffer可以被理解为一个容器,本质是一个数组,发送到Channel的所有对象都必须先放到Buffer中,从Channel中读取的数据也必须先读到Buffer中。

        mark <= position <= limit <= capacity

这里写图片描述

package java.nio;

import java.util.Spliterator;
public abstract class Buffer {
static final int SPLITERATOR_CHARACTERISTICS =
        Spliterator.SIZED | Spliterator.SUBSIZED | Spliterator.ORDERED;

    // Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
    private int mark = -1;
    private int position = 0;
    private int limit;
    private int capacity;
    long address;
    Buffer(int mark, int pos, int lim, int cap) {       // package-private
        if (cap < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Negative capacity: " + cap);
        this.capacity = cap;
        limit(lim);
        position(pos);
        if (mark >= 0) {
            if (mark > pos)
                throw new IllegalArgumentException("mark > position: ("
                                                   + mark + " > " + pos + ")");
            this.mark = mark;
        }
    }
    //后面的方法省略。。。。。
}
### Java 中 IOBIONIO 的区别 #### 同步阻塞 I/O (Blocking I/O, BIO) 同步阻塞I/O模型是最传统的I/O操作方式,在Java中通常表现为读写文件或网络套接字时的操作。在这种模式下,线程发起一个I/O请求后会一直等待直到该请求完成并返回数据。 对于服务器端编程而言,每当有一个新的客户端连接到来时,都会创建一个新的线程来处理这个连接上的通信。这种方式简单直观但是存在明显的性能瓶颈——随着并发用户的增加,需要创建大量的线程,这不仅消耗了大量的内存资源而且频繁上下文切换也会带来额外开销[^2]。 ```java // 创建ServerSocket监听指定端口 ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080); while(true){ // accept()方法在此处被阻塞直至收到新连接请求 Socket socket = serverSocket.accept(); } ``` #### 新型输入/输出(New Input Output, NIO) NIO引入了非阻塞式的I/O机制以及缓冲区(Buffer)的概念。它允许程序一次性注册多个通道(Channel),并通过Selector对象监控这些通道的状态变化(比如是否有可读取的数据)。一旦某个特定事件发生,则可以通过回调函数立即做出响应而无需让当前线程处于挂起状态。 这种设计使得单个线程能够高效管理大量并发连接,极大提高了系统的吞吐量和响应速度;同时也减少了因多线程带来的复杂性和潜在风险。 ```java // 打开选择器 Selector selector = Selector.open(); // 绑定服务端信道到本地地址,并配置为非阻塞模式 ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open(); channel.configureBlocking(false); // 将信道注册至选择器上,关注OP_ACCEPT事件 SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); int readyChannels; while((readyChannels=selector.select())>0){ Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); while(iterator.hasNext()){ SelectionKey sk = iterator.next(); if(sk.isAcceptable()){ // 处理接受就绪事件... // 移除已处理的选择键 iterator.remove(); } } } ``` #### 文件 I/O (Input Output, IO) 这里提到的标准IO指的是最基础的面向流(Stream Oriented)的方式来进行磁盘文件访问。其特点是每次只传输少量固定大小的数据块,适用于顺序读写的场景。然而由于缺乏批量加载能力等原因,在面对大数据集或者随机存取需求时不占优势。 相比之下,无论是BIO还是NIO都提供了更高级别的抽象层用于优化不同类型的存储介质之间的交互效率[^1]。 ### 应用场景对比 | 特性 | Blocking I/O(BIO)| New I/O(NIO) | | --- | --- | ---| | 并发处理能力 | 较差,每条连接都需要独立的工作线程 | 极佳,可以利用较少数量的线程同时监视众多连接 | | 资源占用情况 | 高,因为要维持较多工作线程的存在 | 低,得益于高效的事件驱动架构 | | 编码难度 | 简单易懂 | 相对复杂一些 | 综上所述,如果应用程序主要涉及小规模短时间内的高频率交互行为,那么采用传统BIO可能更为合适;而对于那些追求极致性能表现的大规模分布式系统来说,显然应该优先考虑基于NIO的设计方案。
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