Java BIO、NIO、AIO 学习

先来个例子理解一下概念，以银行取款为例：

• 同步 ： 自己亲自出马持银行卡到银行取钱（使用同步IO时，Java自己处理IO读写）。

• 异步 ： 委托一小弟拿银行卡到银行取钱，然后给你（使用异步IO时，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(银行卡和密码)，OS需要支持异步IO操作API）。

• 阻塞 ： ATM排队取款，你只能等待（使用阻塞IO时，Java调用会一直阻塞到读写完成才返回）。

• 非阻塞 ： 柜台取款，取个号，然后坐在椅子上做其它事，等号广播会通知你办理，没到号你就不能去，你可以不断问大堂经理排到了没有，大堂经理如果说还没到你就不能去（使用非阻塞IO时，如果不能读写Java调用会马上返回，当IO事件分发器会通知可读写时再继续进行读写，不断循环直到读写完成）。

 

Java对BIO、NIO、AIO的支持：

• Java BIO ： 同步并阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即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，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。

• Java NIO ： 同步非阻塞，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。

• Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞，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，

 

BIO、NIO、AIO适用场景分析:

• BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。

• NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。

• AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

 

1.优化tomcat配置

通过配置 protocol的类型可以使用不同的 Connector处理请求。

//BIO
protocol="HTTP/1.1"
//NIO
protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"
//NIO2
protocol="org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol"
//APR
protocol="org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol"

        以下是几种类型 Connector的参数对比：

       

并不是说 BIO的性能就一定不如 NIO，这几种类型 Connector之间并没有明显的性能区别，它们之间实现流程和原理不同，所以它们的选择是需要根据应用的类型来决定的。

        BIO更适合处理简单流程，如程序处理较快可以立即返回结果。简单项目及应用可以采用BIO。

        NIO更适合后台需要耗时完成请求的操作，如程序接到了请求后需要比较耗时的处理这已请求，所以无法立即返回结果，这样如果采用BIO就会占用一个连接，而使用NIO后就可以将此连接转让给其他请求，直至程序处理完成返回为止。

        APR可以大大提升Tomcat对静态文件的处理性能，同时如果你使用了HTTPS方式传输的话，也可以提升SSL的处理性能。

 

2.测试条件

        Tomcat版本：8.0.33

        测试项目：新创建一个web项目也不用实现任何代码，只需要部署即可以使用，只有一个index.jsp文件。

        JDK版本：jdk1.7.0.67

        请求方式：POST

        循环次数：100，1000

        线程数：10,100,1000

        总次数：总次数 = 线程数 * 循环次数

        CPU：英特尔 第二代酷睿 i5-2450M（双核）

        内存：8GB

        附件时Jmeter的配置文件，可以直接导入使用。

        3.测试结果

        从部分结果来看优化过的Tomcat会比默认性能及并发处理能力上有提高，但至于参数的配置需要结合硬件及操作系统来不断调整，所以并不会有一个万能的参数来使用，需要各位不断的测试不断更改。

        以下是一个简单的测试结果，循环100次，线程数分别为10,100,1000：

       

各位估计已经发现了相同的应用下并不一定某种protocol就一定性能出色，因为Tomcat中的这个测试项目只有一个index.jsp页面，在较少线程数访问情况下BIO反应最快，而当线程数达到1000时NIO2性能最出色，而APR中规中矩，虽然这种测试的局限性很大，但也可以反映出：想要找出适合的配置及最佳性能需要结合实际，不断的测试与改进，最终才能达到一个相对稳定的性能，虽然此时的性能未必是最佳的，但却是能应对绝大多数情况的

 

 

 

另外，I/O属于底层操作，需要操作系统支持，并发也需要操作系统的支持，所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。

 

“一个IO操作其实分成了两个步骤：发起IO请求和实际的IO操作。
同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞，如果实际的IO读写阻塞请求进程，那么就是同步IO。
阻塞IO和非阻塞IO的区别在于第一步，发起IO请求是否会被阻塞，如果阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO，如果不阻塞，那么就是非阻塞IO。

同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的，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，而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。而阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式，阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，而非阻塞方式下，读取或者写入函数会立即返回一个状态值。
所以,IO操作可以分为3类：同步阻塞（即早期的IO操作）、同步非阻塞（NIO）、异步（AIO）。
同步阻塞：
在此种方式下，用户进程在发起一个IO操作以后，必须等待IO操作的完成，只有当真正完成了IO操作以后，用户进程才能运行。JAVA传统的IO模型属于此种方式。

同步非阻塞：
在此种方式下，用户进程发起一个IO操作以后边可返回做其它事情，但是用户进程需要时不时的询问IO操作是否就绪，这就要求用户进程不停的去询问，从而引入不必要的CPU资源浪费。其中目前JAVA的NIO就属于同步非阻塞IO。
异步：
此种方式下是指应用发起一个IO操作以后，不等待内核IO操作的完成，等内核完成IO操作以后会通知应用程序。”