Java BIO, NIO, AIO的一些粗淺認識

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1. 阻塞與非阻塞

"阻塞"與“非阻塞”概念經常和“同步”、“非同步”混淆。在Java程式中，很多線程通常處於阻塞（blocking）狀態，而同步（並不是指多線程同步的Synchronized）並不是這樣，同步通常是指步驟需要一步步來完成，就想常規的代碼一條條地執行一樣，但非同步可以在沒有執行完當前這行代碼之前，就執行下一行代碼，就像很多JS代碼、UI控制項、後台啟動線程等。

相對於阻塞來講，同步的程式線程應當是處於Running狀態的。線程處於Blocking狀態就差不多可以看成是睡眠的，也就是說它什麼也沒法做，只有一直等待一個訊號的產生才能喚醒。處於Running狀態下的線程是活躍的，在這種情況下可以去做很多其他的事情，可以一直去檢測一些事情是否做好。

2. BIO (Blocking I/O)

Blocking I/O（阻塞I/O），這是最古老的Java通訊機制，在這種模型中，應用程式首先會通過System Call發送請求給核心（Kernel），然後由核心去進行網路通訊，應用程式如果發起的系統調用是讀操作，在核心準備好資料以前，這個線程將會被掛起，一直等待下去，直到有返回的資料在核心中準備好位置，或者在設定SoTimeout後逾時被喚醒。

假如拋開逾時機制在網路等待機制中的作用，發起read()操作等待遠程返回資料的過程由以下兩個階段組成。

階段1：等待I/O返回資料，這取決於I/O請求的目標返回資料的速度。例如在網路I/O請求中，在遠程返回資料前也需要經過一些處理才返回資料，遠程輸出資料後將取決於網路本身的速度及資料本身大小。

階段2：返回資料首先被填充到核心（Kernel）的緩衝區裡，然後再從核心區將資料向進程內部拷貝（copy data from kernel to user）。這個過程完成後，應用程式才會繼續向下執行。

根據上面的過程，在BIO過程中，程式與核心互動的過程如所示：

2. NIO (New I/O)

Java從1.4版本開始支援NIO（New IO），可以實現非阻塞I/O的。非阻塞I/O和阻塞I/O有個很明顯的區別是：當發生第一次System Call請求後，線程並沒有被阻塞，但它沒有做別的事情，而是在不斷髮起System Call請求。

這樣操作似乎在空耗CPU，給人感覺還不如一直掛起等待返回，那樣至少會讓出CPU資源。其實，每次System Call只是看看資料準備好沒有，通常它的時間是很短暫的，這樣的動作完全只用一個線程來完成對很多事件的監聽。換句話說，其它的線程可以去幹別的事，只需要某個線程定期來做下檢測即可，在設計上注意這個檢測頻率，就可以達到效率高且節約資源的目的。

3. AIO (Asynchronous I/O)

JDK 1.7引入了NIO 2.0，也就是AIO，又叫非同步IO。下面用“物流送貨”來比如Java中的IO模型：

① BIO：你需要到物流的中轉站去等貨且不能離開中轉站，如果貨沒到，其他的事情就別想做。

② NIO：每天去檢測一下貨物是否到了，這個動作十分簡單，可以讓每個小區派1個人去看看有沒有這個小區的貨物，如果有就帶回來，或者這個人通知你去物流中轉站拿貨。

③ AIO：貨到的時候送貨上門，換句話說，去拿貨的路途雖然不長，但是由別人幫你承擔了。

使用AIO讀取檔案並不代表讀取更快，我們不能用AIO讀取一個大檔案與用BIO來對比速度，這樣沒有任何意義。因為AIO的目的在於I/O過程中程式去做別的事情，也就是在並發時，更少的資源可以做更多的事情，並不是看在I/O過程中誰更快，它也做不到這點，因為能做到I/O更快只有提高磁碟或者網路本身的速度，而這些I/O模型只是調度I/O的機制而已。

AIO相對NIO，在某種意義上講更加提高了資源使用率，但這僅僅是相對進程本身而言，對於整個伺服器來說，還得看實際情況，因為進程不想做的事情交給核心去做了。AIO應當更加適合運用在I/O密集型系統中，BIO也並非沒有價值，它使得互動簡化，而且在很多情況下本身沒有必要使用非同步和非阻塞。

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