Java面试重点_5. Java BIO, NIO, AIO 简明总结

文章目录

• 一, 何为同步和异步, 阻塞和非阻塞 ?
• • 1.1 同步和异步
  • 1.2 阻塞和非阻塞
  • 1.3 同步阻塞, 同步非阻塞, 异步阻塞, 异步非阻塞的情况
• 二, BIO, NIO, AIO
• • 2.1 Java中的IO原理
  • 2.2 `BIO, NIO, AIO, 面向面试总结`

一, 何为同步和异步, 阻塞和非阻塞 ?

1.1 同步和异步

同步和异步概念以调用者的行为方式作区分;

1. 当程序产生一个调用后, 如果调用者主动等待该调用的结果, 则称之为同步;
2. 当程序产生一个调用后, 如果调用者不以主动的方式等待结果, 而是由被调用者完成任务之后, 以某种形式(消息等等)通知调用者, 则称之为异步;

1.2 阻塞和非阻塞

那么, 当调用产生后, 不管调用者以何种方式(同步和异步)等待这个结果, 在被调用者处理任务的那一段时间中, 调用者处于何种状态就决定了阻塞和非阻塞;
即, 阻塞和非阻塞是以被调用者处理任务的时间内"调用者的状态"作为区分的;

阻塞: 当某个进程处于挂起状态(在等待其他进程的结果)时,此进程就是被阻塞了(is blocked); 当某个函数的执行过程会使当前进程blocked时, 这个函数就叫阻塞方法(blocking method).

1.3 同步阻塞, 同步非阻塞, 异步阻塞, 异步非阻塞的情况

同步方式的:

1. 阻塞: 调用者调用后什么也不干,就一直在等待(阻塞中), 直到得到了想要的结果(同步);
2. 非阻塞: 调用者调用后去干别的活(非阻塞), 但是因为需要主动等待结果, 所以得时不时的询问任务完成了没有(同步);

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异步方式的:

1. 阻塞: 调用者调用后什么也不干(阻塞中), 直到收到了被调用者的通知(异步);
2. 非阻塞: 调用者调用后去干别的活(非阻塞), 当被调用者完成任务后, 就回去通知调用者(异步);

• 举个栗子:
  

二, BIO, NIO, AIO

2.1 Java中的IO原理

可以发现，阻塞过程主要发生在两个阶段上：

第一阶段：等待数据就绪；
第二阶段：将已就绪的数据从内核缓冲区拷贝到用户空间；

• 对应抽象到Java的Socket代码示例:

public class SocketServer {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 监听指定的端口
    int port = 8080;
    ServerSocket server = new ServerSocket(port);
    // server将一直等待连接的到来
    Socket socket = server.accept();
    // 建立好连接后，从socket中获取输入流，并建立缓冲区进行读取
    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
    byte[] bytes = new byte[1024];
    int len;
    while ((len = inputStream.read(bytes)) != -1) {
      //获取数据进行处理
      String message = new String(bytes, 0, len,"UTF-8");
    }
    // socket、server，流关闭操作，省略不表
  }
}

• 可以看到这个过程和底层内核的网络IO很类似，主要体现在accept()等待从网络中的请求到来然后bytes[]数组作为缓冲区等待数据填满后进行处理。而BIO、NIO、AIO之间的区别就在于这些操作是同步还是异步，阻塞还是非阻塞。

2.2 BIO, NIO, AIO, 面向面试总结

1. BIO

• BIO全称是Blocking IO，是JDK1.4之前的传统IO模型，本身是同步阻塞模式。
• 线程发起IO请求后，一直阻塞IO，直到缓冲区数据就绪后，再进入下一步操作。
• 针对网络通信都是一请求一应答的方式，虽然简化了上层的应用开发，但在性能和可靠性方面存在着巨大瓶颈，试想一下如果每个请求都需要新建一个线程来专门处理，那么在高并发的场景下，机器资源很快就会被耗尽。

2. NIO

• NIO也叫Non-Blocking IO 是同步非阻塞的IO模型.
• 线程发起io请求后，立即返回（非阻塞io), 但需要定期轮询检查IO缓冲区数据是否就绪(同步);
• Java中的NIO 是new IO的意思。其实是NIO加上IO多路复用技术, JDK1.4 开始支持.
• 普通的NIO是线程轮询查看一个IO缓冲区是否就绪，而Java中的new IO指的是线程轮询地去查看一堆IO缓冲区中哪些就绪，这是一种IO多路复用的思想。
• IO多路复用模型中，将检查IO数据是否就绪的任务，交给系统级别的select或epoll模型，由系统进行监控，减轻用户线程负担。

NIO主要由buffer、channel、selector三种技术的整合，通过零拷贝的buffer取得数据，每一个客户端通过channel在selector（多路复用器）上进行注册。服务端不断轮询channel来获取客户端的信息。channel上有connect,accept（阻塞）、read（可读）、write(可写)四种状态标识。根据标识来进行后续操作。所以一个服务端可接收无限多的channel。不需要新开一个线程。大大提升了性能。

AIO

• AIO是真正意义上的异步非阻塞IO模型,JDK7开始支持
• 之前的IO模型, 都需要用户线程定时轮询，去检查IO缓冲区数据是否就绪，占用应用程序线程资源.
• AIO是用户线程发起IO请求后立即返回(非阻塞), 由操作系统内核完成IO操作, 当缓冲区就绪后，通知用户线程或者执行回调函数。(异步)

-参考文章:
- https://www.zhihu.com/question/19732473
- https://www.javanav.com/interview/2be096a5b1d64eeda3a99da94d4b6e98.html
- https://juejin.cn/post/6844903985158045703#heading-4
- https://www.cnblogs.com/javastack/p/13222986.html