Java中BIO、NIO、AIO的理解

在高性能的io体系设计中，有几个名词概念常常会使我们感到迷惑不解。具体如下：

1 什么是同步？
2 什么是异步？
3 什么是阻塞？
4 什么是非阻塞？
5 什么是同步阻塞？
6 什么是同步非阻塞？
7 什么是异步阻塞？
8 什么是异步非阻塞？

先来举个实例生活中的例子：

如果你想吃一份宫保鸡丁盖饭：
同步阻塞：你到饭馆点餐，然后在那等着，还要一边喊：好了没啊！
同步非阻塞：在饭馆点完餐，就去遛狗了。不过溜一会儿，就回饭馆喊一声：好了没啊！
异步阻塞：遛狗的时候，接到饭馆电话，说饭做好了，让您亲自去拿。
异步非阻塞：饭馆打电话说，我们知道您的位置，一会给你送过来，安心遛狗就可以了。

在弄清楚上面的几个问题之前，我们首先得明白什么是同步，异步，阻塞，非阻塞，只有这几个单个概念理解清楚了，然后在组合理解起来，就相对比较容易了。

1、同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的。

2、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。 

由上描述基本可以总结一句简短的话，同步和异步是目的，阻塞和非阻塞是实现方式。

1.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。自己上街买衣服，自己亲自干这件事，别的事干不了。

2.异步：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（异步的特点就是通知） 告诉朋友自己合适衣服的尺寸，大小，颜色，让朋友委托去卖，然后自己可以去干别的事。（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）

3.阻塞：所谓阻塞方式的意思是指, 当试图对该文件描述符进行读写时, 如果当时没有东西可读,或者暂时不可写, 程序就进入等待 状态, 直到有东西可读或者可写为止 去公交站充值，发现这个时候，充值员不在（可能上厕所去了），然后我们就在这里等待，一直等到充值员回来为止。（当然现实社会，可不是这样，但是在计算机里确实如此。）

4.非阻塞：非阻塞状态下, 如果没有东西可读, 或者不可写, 读写函数马上返回, 而不会等待， 银行里取款办业务时，领取一张小票，领取完后我们自己可以玩玩手机，或者与别人聊聊天，当轮我们时，银行的喇叭会通知，这时候我们就可以去了。

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bio操作）、同步非阻塞（nio）、异步非阻塞（aio）。

同步阻塞(bio)：

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(nio)：

在此种方式下，用户进程发起一个io操作以后便可返回做其它事情，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。

异步非阻塞(aio)：

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。

同步阻塞io（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。

同步非阻塞io(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。用户进程也需要时不时的询问io操作是否就绪，这就要求用户进程不停的去询问。

异步阻塞io（java nio）： 

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，这其实就是同步和异步最关键的区别，同步必须等待或者主动的去询问io是否完成，那么为什么说是阻塞的呢？因为此时是通过select系统调用来完成的，而select函数本身的实现方式是阻塞的，而采用select函数有个好处就是它可以同时监听多个文件句柄（如果从unp的角度看，select属于同步操作。因为select之后，进程还需要读写数据），从而提高系统的并发性！ 

（java aio(nio.2)）异步非阻塞io: 

在此种模式下，用户进程只需要发起一个io操作然后立即返回，等io操作真正的完成以后，应用程序会得到io操作完成的通知，此时用户进程只需要对数据进行处理就好了，不需要进行实际的io读写操作，因为真正的io读取或者写入操作已经由内核完成了。 

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。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。