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JAVA知识之.BIO、NIO 和 AIO 的区别

JAVA中经常会涉及io的操作,现将BIO,NIO,AIO的特点简单总结如下:

1.BIO、NIO 和 AIO 的区别?
BIO:一个连接一个线程,客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理。线程开销大。
伪异步 IO:将请求连接放入线程池,一对多,但线程还是很宝贵的资源。
NIO:一个请求一个线程,但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。
AIO: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,
BIO 是面向流的,NIO 是面向缓冲区的;BIO 的各种流是阻塞的。而 NIO 是非阻塞的;BIO的 Stream 是单向的,而 NIO 的 channel 是双向的。
NIO 的特点:事件驱动模型、单线程处理多任务、非阻塞 I/O,I/O 读写不再阻塞,而是返回 0、基于 block 的传输比基于流的传输更高效、更高级的 IO 函数 zero-copy、IO 多路复用大大提高了 Java 网络应用的可伸缩性和实用性。基于 Reactor 线程模型。
在 Reactor 模式中,事件分发器等待某个事件或者可应用或个操作的状态发生,事件分发器就把这个事件传给事先注册的事件处理函数或者回调函数,由后者来做实际的读写操
作。如在 Reactor 中实现读:注册读就绪事件和相应的事件处理器、事件分发器等待事件、事件到来,激活分发器,分发器调用事件对应的处理器、事件处理器完成实际的读操
作,处理读到的数据,注册新的事件,然后返还控制权。

2.NIO 的组成?
Buffer:与 Channel 进行交互,数据是从 Channel 读入缓冲区,从缓冲区写入 Channel 中的flip 方法 : 反转此缓冲区,将 position 给 limit,然后将 position 置为 0,其实就是切换读写模式
clear 方法 :清除此缓冲区,将 position 置为 0,把 capacity 的值给 limit。
rewind 方法 : 重绕此缓冲区,将 position 置为 0
DirectByteBuffer 可减少一次系统空间到用户空间的拷贝。但 Buffer 创建和销毁的成本更高,不可控,通常会用内存池来提高性能。直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的本机 I/O 操作影响的大型、持久的缓冲区。如果数据量比较小的中小应用情况下,可以考虑使用 heapBuffer,由 JVM 进行管理。
Channel:表示 IO 源与目标打开的连接,是双向的,但不能直接访问数据,只能与 Buffer进行交互。通过源码可知,FileChannel 的 read 方法和 write 方法都导致数据复制了两次!
Selector 可使一个单独的线程管理多个 Channel,open 方法可创建 Selector,register 方法向多路复用器器注册通道,可以监听的事件类型:读、写、连接、accept。注册事件后会产生一个 SelectionKey:它表示 SelectableChannel 和 Selector 之间的注册关系,
wakeup 方法:使尚未返回的第一个选择操作立即返回,唤醒的原因是:注册了新的 channel 或者事
件;
channel 关闭,取消注册;优先级更高的事件触发(如定时器事件),希望及时处理。
Selector 在 Linux 的实现类是 EPollSelectorImpl,委托给 EPollArrayWrapper 实现,其中三个native 方法是对 epoll 的封装,而 EPollSelectorImpl. implRegister 方法,通过调用 epoll_ctl向 epoll 实例中注册事件,还将注册的文件描述符(fd)与 SelectionKey 的对应关系添加到fdToKey 中,这个 map 维护了文件描述符与 SelectionKey 的映射。
fdToKey 有时会变得非常大,因为注册到 Selector 上的 Channel 非常多(百万连接);过期或失效的 Channel 没有及时关闭。
fdToKey 总是串行读取的,而读取是在 select 方法中进行的,该方法是非线程安全的。
Pipe:两个线程之间的单向数据连接,数据会被写到 sink 通道,从 source 通道读取NIO 的服务端建立过程:Selector.open():打开一个 Selector;ServerSocketChannel.open():
创建服务端的 Channel;bind():绑定到某个端口上。并配置非阻塞模式;register():
注册Channel 和关注的事件到 Selector 上;select()轮询拿到已经就绪的事件

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