阻塞IO和非阻塞IO区别

阻塞IO与非阻塞IO详解
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阻塞IO和非阻塞IO的区别

(2014-02-28 20:42:32)
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 分类：java

   有很多人把阻塞认为是同步，把非阻塞认为是异步；个人认为这样是不准确的，当然从思想上可以这样类比，但方式是完全不同的，下面说说在JAVA里面阻塞IO和非阻塞IO的区别

    在JDK1.4中引入了一个NIO的类库，使得Java涉及IO的操作拥有阻塞式和非阻塞式两种，问一下阻塞IO与非阻塞IO有什么区别？有什么优缺点？

在阻塞模式下，若从网络流中读取不到指定大小的数据量，阻塞IO就在那里阻塞着。比如，已知后面会有10个字节的数据发过来，但是我现在只收到8个字节，那么当前线程就在那傻傻地等到下一个字节的到来，对，就在那等着，啥事也不做，直到把这10个字节读取完，这才将阻塞放开通行。

在非阻塞模式下，若从网络流中读取不到指定大小的数据量，非阻塞IO就立即通行。比如，已知后面会有10个字节的数据发过来，但是我现在只收到8个字节，那么当前线程就读取这8个字节的数据，读完后就立即返回，等另外两个字节再来的时候再去读取。

从上面可以看出，阻塞IO在性能方面是很低下的，如果要使用阻塞IO完成一个Web服务器的话，那么对于每一个请求都必须启用一个线程进行处理。而使用非阻塞IO的话，一到两个线程基本上就够了，因为线程不会产生阻塞，好比一下接收A请求的数据，另一下接收B请求的数据，等等，就是不停地东奔西跑，直接到把数据接收完了。

虽然说，非阻塞IO比阻塞IO有更高的性能，但是对于开发来的，难度就成数倍递增了。由于是有多少数据就读取多少数据，这样在读取完整之前需要将已经读取到的数据保存起来，而且需要与其他地方来的数据隔离开来不能混在一起，否则就不知道这数据是谁的了，呵呵。

阻塞IO、非阻塞IO和IO复用有啥区别？
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本文详细介绍了阻塞IO、非阻塞IO和IO复用这三种不同的IO模型。阻塞IO在进行IO操作时会阻塞进程，非阻塞IO允许程序在进行IO操作时继续执行其他任务，而IO复用可以同时监听多个文件描述符的IO事件。了解这些概念和区别对于进行网络编程或系统开发都非常重要，希望本文能够帮助读者更好地理解和应用阻塞IO、非阻塞IO和IO复用。在进行网络编程或系统开发时，经常会遇到阻塞IO、非阻塞IO和IO复用这些概念。本文将详细解释阻塞IO、非阻塞IO和IO复用的概念、特点及适用场景，帮助读者更好地理解和应用它们。
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讲解的非常清楚，看一遍基本就明白了这两个概念之间的区别
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IO是输入input和输出output的首字母的缩写形式，直观意思是计算机输入输出，它描述的是计算机的数据流动的过程，因此IO第一大特征是有数据的流动；另外，对于一次IO，它究竟是输入还是输出，是针对于不同的主体而言的，不同的主体有不同的描述，例如，甲乙两人交谈，甲将大脑中的想法通过声带震动，继而通过声波传入乙的耳朵，乙通过耳膜的震动再由神经将信号解析到大脑，这个数据流动的过程对于甲而言是输出，对乙而言是输入。阻塞IO是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在的到结果之后才会返回。非阻塞IO。
阻塞io和非阻塞IO的区别以及使用
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<think>首先，用户的问题是基于系统级指令的：我需要使用中文回答，确保LaTeX语法正确，对于行内数学表达式使用$...$，对于独立公式使用$$...$$并单独成段。同时，我需要生成相关问题，并在回答中自然地添加引用标识（如[^1]）。 用户查询是关于阻塞IO和非阻塞IO的区别以及使用方法的。用户提供了几个引用，但我需要基于这些引用和之前的历史来构建回答。系统指令说：“上述引用仅供参考，并不是用户真正的需求，请尽可能多的参考用户上一次的问题和你的回答。” 回顾对话历史，用户上一次的问题是：“阻塞IO和非阻塞IO的区别与使用方法”，这与当前查询相同。我的回答历史中没有之前的回复，因为这是对话的开始。所以，我需要基于提供的引用和一般知识来回答。 关键点是： - 使用中文回答。 - 结构清晰：逐步解决问题。 - 包括引用标识在引用的段落末尾。 - 生成相关问题。 - 确保LaTeX正确：如果有数学表达式，比如在讨论性能时可能有公式，但在这个主题中可能不多。我会检查是否需要添加任何公式。 现在，内容大纲： 1. **阻塞IO**：描述阻塞IO的概念、特点和使用方法。 - 基于引用：阻塞IO会阻塞线程直到操作完成（引用[1]和[2]）。 2. **非阻塞IO**：描述非阻塞IO的概念、特点和使用方法。 - 基于引用：非阻塞IO会立即返回状态，允许线程继续执行其他任务（引用[1]和[3]）。 3. **区别**：直接比较两者。 - 区别包括阻塞行为、性能影响、使用场景（引用[1]）。 4. **使用方法**：如何在编程中实现。 - Java示例（引用[2]）：在Java中，阻塞IO使用InputStream/OutputStream，非阻塞IO使用NIO包（如Channels）。 - 其他语言或一般方法（参考引用[4]）。 5. **IO复用**：虽然用户只问阻塞和非阻塞，但引用提到IO复用，所以我应该简要提及，因为它相关（引用[1]）。 6. **适用场景**：总结何时使用阻塞IO vs 非阻塞IO。 7. **添加引用**：在描述概念时，自然地添加引用标识，如[^1]、[^2]等。 8. **生成相关问题**：在回答结束后，添加“相关问题”部分。 结构回答： - 引言：简述问题。 - 阻塞IO部分。 - 非阻塞IO部分。 - 区别总结。 - 使用方法（包括代码示例，如果可能）。 - 结论。 - 相关问题。 引用位置： - 当提到阻塞IO概念时，引用[^1]或[^2]。 - 非阻塞IO引用[^1]或[^3]。 - IO复用引用[^1]。 - NIO缺陷引用[^4]。 代码示例：引用[2]提到Java阻塞IO和非阻塞IO，所以我可以在使用方法部分添加一个简单的代码片段来展示。系统指令示例中有Python代码，所以我应该使用类似格式。 可能的公式：在这个主题中，可能没有复杂的数学，但如果有性能分析或用例，我可以用LaTeX表示简单的等式。例如，在讨论吞吐量时，但最好保持简单。 最终回答结构： 1. 阻塞IO解释。 2. 非阻塞IO解释。 3. 区别列表。 4. 使用方法：简要描述和代码。 5. 相关问题。 </think>以下是针对您的问题“阻塞IO和非阻塞IO的区别与使用方法”的详细解答。我将基于您提供的引用内容（引用[^1]、[^2]、[^3]、[^4]），并结合系统级指令（如使用中文回答、添加引用标识等），以清晰的结构逐步解释。阻塞IO和非阻塞IO是I/O（输入输出）操作中的两种核心模式，在网络编程和系统开发中广泛使用；IO复用是一种相关技术，我会在区别部分简要提及。最终，我会总结使用方法并提供相关问题。 ### 1. **阻塞IO（Blocking IO）的概念与特点** 阻塞IO是指当线程发起一个I/O操作（如读取文件或网络数据）时，线程会被挂起（阻塞），直到操作完成并返回结果。在此期间，线程无法执行其他任务，必须等待I/O操作结束。这种模式简单易用，但可能导致资源浪费和性能瓶颈，尤其是在高并发场景中。 - **特点**： - 线程被阻塞，无法处理其他任务。 - 编程模型简单，适合初学者。 - 在低负载环境下效率较高，但高并发时容易导致线程饥饿或响应延迟[^1][^2]。 - **适用场景**： - 简单应用程序，如命令行工具或小规模数据处理。 - 当I/O操作频率低且可预测时，例如读取本地文件。 ### 2. **非阻塞IO（Non-blocking IO）的概念与特点** 非阻塞IO是指线程发起I/O操作后，立即返回一个状态（如成功、失败或“未就绪”），而不会阻塞线程。线程可以继续执行其他任务，并通过轮询或回调机制检查I/O操作的状态。这种方式提高了资源利用率，但增加了编程复杂度。 - **特点**： - 线程非阻塞，支持并发处理。 - 需要主动轮询或事件驱动机制来检查I/O状态。 - 在高并发环境下性能更优，但可能增加CPU开销[^1][^3]。 - **适用场景**： - 高性能服务器应用，如Web服务器或实时数据处理系统。 - 当需要处理大量并发连接时，例如聊天应用或在线游戏[^4]。 ### 3. **阻塞IO与非阻塞IO的区别** 以下是关键区别的总结表，包括IO复用（如select、epoll）作为相关技术： | 特性 | 阻塞IO | 非阻塞IO | IO复用 | |------|--------|----------|---------| | **阻塞行为** | 线程阻塞直到操作完成 | 线程立即返回，可继续执行 | 线程阻塞在多个I/O操作上，但不针对单个操作 | | **线程利用率** | 低（线程空闲等待） | 高（线程可处理其他任务） | 中高（单线程监控多个I/O） | | **编程复杂度** | 低（简单直接） | 中高（需处理轮询或回调） | 高（需管理多个描述符） | | **性能影响** | 低并发时高效，高并发时差 | 高并发时高效，但可能浪费CPU | 高并发时最优，减少线程开销 | | **典型使用场景** | 小型应用、简单I/O任务 | 服务器应用、实时系统 | 大规模网络服务如Nginx | IO复用是一种中间模式：它允许单个线程监控多个I/O事件（如socket），当任何一个事件就绪时唤醒线程，从而避免每个I/O操作都阻塞独立的线程。这在处理数千个连接时非常高效[^1]。此外，非阻塞IO常与异步IO（如回调机制）结合，实现更先进的模型：异步IO在操作完成后主动通知应用程序，无需主动轮询[^3]。 ### 4. **阻塞IO与非阻塞IO的使用方法** 在实际编程中，使用方法取决于编程语言和框架。以下是基于Java的示例（因其在引用中被重点提及），并结合一般原则解释。关键点：阻塞IO使用传统的InputStream/OutputStream类，而非阻塞IO使用NIO（New I/O）包，如Channels和Selectors。 #### **阻塞IO的使用方法** 在阻塞模式下，线程会等待I/O完成。例如，在Java中读取文件： ```java import java.io.FileInputStream; import java.io.InputStream; public class BlockingIOExample { public static void main(String[] args) { try { InputStream input = new FileInputStream("example.txt"); int data; while ((data = input.read()) != -1) { // 线程阻塞在此处直到读取完成 System.out.print((char) data); } input.close(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } ``` - **步骤**： 1. 创建InputStream对象。 2. 调用read()方法：线程阻塞，直到数据可用。 3. 处理数据并关闭流。 - **优点**：代码简单，适合顺序操作。 - **缺点**：在高并发时会创建大量线程，导致资源耗尽[^2]。 #### **非阻塞IO的使用方法** 非阻塞模式使用NIO包，通过Channels和Buffers实现轮询或事件驱动。Java示例： ```java import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel; import java.nio.file.Paths; import java.nio.file.StandardOpenOption; public class NonBlockingIOExample { public static void main(String[] args) { try { FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("example.txt"), StandardOpenOption.READ); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); while (channel.read(buffer) != -1) { // 立即返回状态（0表示未就绪） buffer.flip(); while (buffer.hasRemaining()) { System.out.print((char) buffer.get()); } buffer.clear(); } channel.close(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } ``` - **步骤**： 1. 创建FileChannel和ByteBuffer。 2. 调用read()方法：如果无数据，立即返回0（非阻塞），线程可执行其他代码。 3. 使用轮询（如循环检查）或Selector（IO复用）处理就绪事件。 - **优点**：支持高并发，线程可复用。 - **缺点**：编程更复杂，需处理缓冲区完整性（例如，数据不完整时需多次检查）[^4]。在NIO中，IO复用可结合Selector实现：单线程监控多个Channels，提高效率。 #### **一般使用方法原则** - **选择模式**： - 对于简单应用：优先阻塞IO，因其易于实现。 - 对于高性能需求：使用非阻塞IO + IO复用（如epoll in C或Selector in Java）。 - **最佳实践**： - 在非阻塞IO中，结合异步回调（如CompletionHandler）来减少轮询开销[^3]。 - 避免NIO缓冲区问题：每次数据处理前验证数据完整性（如检查缓冲区是否满或空）[^4]。 - **跨语言应用**： - Python：使用asyncio库实现非阻塞IO。 - C/C++：使用fcntl设置非阻塞标志，或libevent进行IO复用。 ### 5. **总结与建议** 阻塞IO和非阻塞IO的核心区别在于线程行为：阻塞IO会挂起线程，而非阻塞IO允许线程继续工作。阻塞IO适合简单、低并发场景；非阻塞IO（常与IO复用结合）适合高性能、高并发应用，如Web服务器。在实际开发中，根据需求选择合适的模式：如果追求简洁，用阻塞IO；如果优化吞吐量，切换到非阻塞IO和异步模型[^1][^3]。 使用方法的黄金法则：始终测试I/O操作的性能，避免在高负载下出现瓶颈。
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