Bio、Nio与Aio区别整理

最新推荐文章于 2025-02-18 15:18:07 发布

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本文详细解释了计算机科学中的IO模型，包括阻塞IO、非阻塞IO、同步IO和异步IO的概念及其应用场景。通过生动的例子对比了BIO、NIO和AIO三种模型的特点和优缺点。

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IO：即输入（Input）和输出(Output)

阻塞：当试图对该文件描述符进行读写时, 如果当时没有东西可读,或者暂时不可写, 程序就进入等待状态, 直到有东西可读或者可写为止（强迫症，必须这件事做完才能做其他事情，否则一直等待）

非阻塞: 如果没有东西可读, 或者不可写, 读写函数马上返回, 而不会等待。（先取号，可以去做其他事情，叫号后，过来完成该事情）

同步：指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪（亲力亲为且专注于一件事）

异步: 异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情，而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知（异步的特点就是通知，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）即：指示别人帮自己做事，完成后得到通知

Bio、Nio和Aio三者比较

名称	说明	应用场景	补充	优点	缺点
Bio	阻塞io	Apache，Tomcat。主要是并发量要求不高的场景. 服务器实现模式为一个连接一个线程	连接数目比较小且固定的架构	模型简单、编码简单、	性能瓶颈低、不适合高并发
Nio	同步非阻塞io	Nginx，Netty。主要是高并发量要求的场景. 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上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。	连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构	性能瓶颈高	模型复杂、编码复杂、需处理半包问题
Aio	异步非阻塞io	还不是特别成熟，底层也基本是多线程模拟，所以应用场景不多，Netty曾经用了，但又放弃了。服务器实现模式为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。	连接数目多且连接比较长（重操作）的架构

假设有这么一个场景，有一排水壶（客户）在烧水。

AIO的做法是，每个水壶上装一个开关，当水开了以后会提醒对应的线程去处理。

NIO的做法是，叫一个线程不停的循环观察每一个水壶，根据每个水壶当前的状态去处理。

BIO的做法是，叫一个线程停留在一个水壶那，直到这个水壶烧开，才去处理下一个水壶。

可以看出AIO是最聪明省力，NIO相对省力，叫一个人就能看所有的壶，BIO最愚蠢，劳动力低下。

进程中的IO调用步骤：

进程向操作系统请求数据 ;
操作系统把外部数据加载到内核的缓冲区中;
操作系统把内核的缓冲区拷贝到进程的缓冲区 ;
进程获得数据完成自己的功能 ;

当操作系统在把外部数据放到进程缓冲区的这段时间（即上述的第二，三步），如果应用进程是挂起等待的，那么就是同步IO，反之，就是异步IO，也就是AIO 。

IO模型关系

Nio线程处理速度是否比BIO的快？

不是。改用nio只是让同时处理请求服务的数量增大，但是单个请求处理的时间是一样的。

使用Buffer提高IO效率的原因（这里与IO流里面的BufferedXXStream、BufferedReader、BufferedWriter提高性能的原理一样）：IO的耗时主要花在数据传输的路上，普通的IO是一个字节一个字节地传输，
而采用了Buffer的话，通过Buffer封装的方法（比如一次读一行，则以行为单位传输而不是一个字节一次进行传输）就可以实现“一大块字节”的传输。比如：IO就是送快递，普通IO是一个快递跑一趟，采用了Buffer的IO就是一车跑一趟。很明显，buffer效率更高，花在传输路上
的时间大大缩短。