假期小结 BIO, NIO, AIO

虽然忙碌，但仍小有收获，开心。

 

引子

BIO: Blocking IO，阻塞式IO

NIO: Non-blocking IO，非阻塞式IO

AIO: Async IO，异步IO

 

问题

什么是阻塞式IO/非阻塞式IO，什么又是同步IO/异步IO呢？

 

前提

① IO实际上分为两大步：应用程序请求的IO操作、操作系统的IO操作 - 用户空间和内核空间(kernel)。用户空间的应用程序需要IO操作，实际上是调用的操作系统的IO操作。

② kernel的IO操作是需要时间的 - 姑且叫它准备时间吧。

 

那问题来了：在这个准备时间里，操作系统和应用程序都是如何工作的？

 

以应用程序读取数据为例（这里不考虑缓存），操作系统其实有两类回复：

① 等到需要的数据都准备完毕再回复 -- 中间一直默不作声，这就是同步IO。

② 先告诉应用程序数据没有准备好，然后准备好数据，通知（回调）应用程序或被轮询 -- 这就是异步IO。

 

那应用程序如何对待这个响应呢？其实还是两类：

① 一直等，直接数据都发过来，然后再进行下一步。-- 阻塞IO。

② 先干别的，然后定期查询或等待回调。-- 非阻塞IO。

 

小结

阻塞/非阻塞IO 说的是应用程序的IO操作；同步/异步IO 说的是操作系统的IO操作。

注意，异步、非阻塞，都有两个彼此对应的小分类。

 

略深入

前面已经说过，操作系统的IO操作分为同步IO和异步IO。同步IO没什么好说的，我们就来看看异步IO。

异步IO，其实是三个系统函数select、poll、epoll中的一个（跟Linux内核版本有关），搞C/C++编程的人应该熟悉这个。

虽然select和poll的性能极高，但能处理的数量有限制，没记错的话是不能超过1000个，否则性能降低。

epoll的性能略低（当然还是很高），但能处理的数量很高。

这几年的Linux核心用的都是epoll，就是说新版本系统上 JDK NIO调用的是epoll。

感兴趣的人可以查阅相关资料了解下。

 

注意，这里说的操作系统都是指Linux。

 

优缺点

查了一些资料，都是用网络编程为例来说明BIO、NIO、AIO的区别，这里就不再敲代码了，直接说说彼此的优缺点好了。

BIO：优点是编码简单，容易上手、调试。缺点则是因为多线程本身的问题，①每个线程都要分配内存空间（最少128K），②线程的切换需要耗费时间。所以，一是线程数量有限；二是线程多了会严重降低响应时间。当然也可以使用线程池，但又涉及到队列任务积压问题。

NIO：刚好跟BIO相反。优点是速度快，耗费资源少。缺点是编码复杂，难以上手、调试。

AIO：这个暂时没研究，不过想想应该跟js的回调是一个道理。事件驱动（回调），性能高。

 

补充

说到NIO，其实很少有直接使用JDK的NIO的，因为有严重bug，会导致Linux下select占用CPU 100%。虽说后续有改进，但也只是降低了几率，并没有彻底消除。

所以建议使用Netty、Mina之类的框架，要好的多。

 

另外，Tomcat，自版本7开始，使用的就是NIO技术，以提升服务性能。