深入了解Netty【一】BIO、NIO、AIO简单介绍

引言

在Java中提供了三种IO模型：BIO、NIO、AIO，模型的选择决定了程序通信的性能。

1.1、使用场景

BIO

BIO适用于连接数比较小的应用，这种IO模型对服务器资源要求比较高。
NIO

NIO适用于连接数目多、连接时间短的应用，比如聊天、弹幕、服务器间通讯等应用。
AIO

AIO适用于连接数目多、连接时间长的应用，比如相册服务器。

1.2、BIO

同步并阻塞模型，服务器会为每一个连接建立一个线程，如果连接过多，且线程不做任何事情，会极大的浪费资源，示意图如下：

1.2.1、机制

流程：

服务器端启动ServerSocket。
客户端启动Socket对服务器进行通信，服务器会为每个客户端建立一个线程与之通信。
客户端发送请求，先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝。
如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，再继续执行。

1.2.2、问题

服务端对于每个请求都要建立独立的线程。
并发数大时，要创建大量的线程，系统资源占用大。
连接建立之后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞再Read上，造成线程资源浪费。

1.3、NIO

同步非阻塞模型，服务器端用一个线程处理多个连接，客户端发送的连接请求会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有IO请求就进行处理：

NIO的非阻塞模式，使得一个线程从某通道发送请求或者读取数据时，如果目前没有可用的数据，不会使线程阻塞，在数据可读之前，该线程可以做其他的事情。

NIO有三大核心部分：

Channel(通道)
Buffer(缓冲区)
Selector(选择器)

由图可知：

每个Channel对应一个Buffer。
Selector对应一个线程，一个线程对应多个Channel。
Selector会根据不同的事件，在各个通道上切换。
Buffer是内存块，底层是数据。

1.3.1、缓冲区（Buffer）

本质是可以读写数据的内存块，Channel读取或者写入的数据必须通过Buffer:

java.nio.Buffer抽象类的属性：

// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity

private int mark = -1;

private int position = 0;

private int limit;

private int capacity;

1.3.2、通道（Channel）

通道是双向的，可以读操作、也可以写操作。

java.nio.channels.Channel接口的常用实现类：

FileChannel用于文件的数据读写，DatagramChannel用于UDP的数据读写，ServerSocketChannel和SocketChannel用于TCP的数据读写。

1.3.3、选择器（Selector）

Selector选择器使用一个线程来维护。多个Channel会以事件的方式注册到同一个Selector,当有事件发生时，Selector会获取事件，然后针对每个事件进行响应的处理。这样就不必为每个连接创建一个线程，不用维护多线程，也不会有多线程之间的上下文切换导致的系统的开销。

Selector示意图：

1.4、AIO

异步非阻塞模型，AIO引入异步通道的概念，使用了Proactor,只有有效的请求才启动线程，特点是先由操作系统完成后，才通知服务器端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

1.5、BIO NIO AIO 对比