Java中BIO,NIO,AIO的理解

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在高效能的IO體系設計中，有幾個名詞概念常常會使我們感到迷惑不解。具體如下：

1 什麼是同步？

2 什麼是非同步？ 

3 什麼是阻塞？ 

4 什麼是非阻塞？ 

5 什麼是同步阻塞？ 

6 什麼是同步非阻塞？ 

7 什麼是非同步阻塞？ 

8 什麼是非同步非阻塞？

先來舉個執行個體生活中的例子：

如果你想吃一份宮保雞丁蓋飯：

同步阻塞：你到飯館點餐，然後在那等著，還要一邊喊：好了沒啊！

同步非阻塞：在飯館點完餐，就去遛狗了。不過溜一會兒，就回飯館喊一聲：好了沒啊！

非同步阻塞：遛狗的時候，接到飯館電話，說飯做好了，讓您親自去拿。

非同步非阻塞：飯館打電話說，我們知道您的位置，一會給你送過來，安心遛狗就可以了。

在弄清楚上面的幾個問題之前，我們首先得明白什麼是同步，非同步，阻塞，非阻塞，只有這幾個單個概念理解清楚了，然後在組合理解起來，就相對比較容易了。

1,同步和非同步是針對應用程式和核心的互動而言的。 

2,阻塞和非阻塞是針對於進程在訪問資料的時候，根據IO操作的就緒狀態來採取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會立即返回一個狀態值。  

由上描述基本可以總結一句簡短的話，同步和非同步是目的，阻塞和非阻塞是實現方式。

1.同步：指的是使用者進程觸發IO操作並等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒。自己上街買衣服，自己親自幹這件事，別的事幹不了。 

2.非同步：非同步是指使用者進程觸發IO操作以後便開始做自己的事情，而當IO操作已經完成的時候會得到IO完成的通知（非同步特點就是通知） 告訴朋友自己合適衣服的尺寸，大小，顏色，讓朋友委託去賣，然後自己可以去幹別的事。（使用非同步IO時，Java將IO讀寫委託給OS處理，需要將資料緩衝區地址和大小傳給OS） 

3.阻塞：所謂阻塞方式的意思是指, 當試圖對該檔案描述符進行讀寫時, 如果當時沒有東西可讀,或者暫時不可寫, 程式就進入等待 狀態, 直到有東西可讀或者可寫為止 去公交站儲值，發現這個時候，儲值員不在（可能上廁所去了），然後我們就在這裡等待，一直等到儲值員回來為止。（當然現實社會，可不是這樣，但是在電腦裡確實如此。） 

4.非阻塞：非阻塞狀態下, 如果沒有東西可讀, 或者不可寫, 讀寫函數馬上返回, 而不會等待， 銀行裡取款辦業務時，領取一張小票，領取完後我們自己可以玩玩手機，或者與別人聊聊天，當輪我們時，銀行的喇叭會通知，這時候我們就可以去了。

一個IO操作其實分成了兩個步驟：發起IO請求和實際的IO操作。

同步IO和非同步IO的區別就在於第二個步驟是否阻塞，如果實際的IO讀寫阻塞請求進程，那麼就是同步IO。

阻塞IO和非阻塞IO的區別在於第一步，發起IO請求是否會被阻塞，如果阻塞直到完成那麼就是傳統的阻塞IO，如果不阻塞，那麼就是非阻塞IO。 

同步和非同步是針對應用程式和核心的互動而言的，同步指的是使用者進程觸發IO操作並等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒，而非同步是指使用者進程觸發IO操作以後便開始做自己的事情，而當IO操作已經完成的時候會得到IO完成的通知。

而阻塞和非阻塞是針對於進程在訪問資料的時候，根據IO操作的就緒狀態來採取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函數將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會立即返回一個狀態值。

所以,IO操作可以分為3類：同步阻塞（即早期的BIO操作）、同步非阻塞（NIO）、非同步非阻塞（AIO）。 

同步阻塞(BIO)：

在此種方式下，使用者進程在發起一個IO操作以後，必須等待IO操作的完成，只有當真正完成了IO操作以後，使用者進程才能運行。JAVA傳統的IO模型屬於此種方式。 

同步非阻塞(NIO)：

在此種方式下，使用者進程發起一個IO操作以後便可返回做其它事情，但是使用者進程需要時不時的詢問IO操作是否就緒，這就要求使用者進程不停的去詢問，從而引入不必要的CPU資源浪費。其中目前JAVA的NIO就屬於同步非阻塞IO。 

非同步非阻塞(AIO)：

此種方式下是指應用發起一個IO操作以後，不等待核心IO操作的完成，等核心完成IO操作以後會通知應用程式。

同步阻塞IO（JAVA BIO）： 

同步並阻塞，伺服器實現模式為一個串連一個線程，即用戶端有串連請求時伺服器端就需要啟動一個線程進行處理，如果這個串連不做任何事情會造成不必要的線程開銷，當然可以通過線程池機制改善。 

同步非阻塞IO(Java NIO)：

同步非阻塞，伺服器實現模式為一個請求一個線程，即用戶端發送的串連請求都會註冊到多工器上，多工器輪詢到串連有I/O請求時才啟動一個線程進行處理。使用者進程也需要時不時的詢問IO操作是否就緒，這就要求使用者進程不停的去詢問。

非同步阻塞IO（Java NIO）： java學習群669823128

此種方式下是指應用發起一個IO操作以後，不等待核心IO操作的完成，等核心完成IO操作以後會通知應用程式，這其實就是同步和非同步最關鍵的區別，同步必須等待或者主動的去詢問IO是否完成，那麼為什麼說是阻塞的呢？因為此時是通過select系統調用來完成的，而select函數本身的實現方式是阻塞的，而採用select函數有個好處就是它可以同時監聽多個檔案控制代碼（如果從UNP的角度看，select屬於同步操作。因為select之後，進程還需要讀寫資料），從而提高系統的並發性！  

（Java AIO(NIO.2)）非同步非阻塞IO:  

在此種模式下，使用者進程只需要發起一個IO操作然後立即返回，等IO操作真正的完成以後，應用程式會得到IO操作完成的通知，此時使用者進程只需要對資料進行處理就好了，不需要進行實際的IO讀寫操作，因為真正的IO讀取或者寫入操作已經由核心完成了。  

BIO、NIO、AIO適用情境分析: 

BIO方式適用於串連數目比較小且固定的架構，這種方式對伺服器資源要求比較高，並發局限於應用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程式直觀簡單易理解。 

NIO方式適用於串連數目多且串連比較短（輕操作）的架構，比如聊天伺服器，並發局限於應用中，編程比較複雜，JDK1.4開始支援。 

AIO方式使用於串連數目多且串連比較長（重操作）的架構，比如相簿伺服器，充分調用OS參與並行作業，編程比較複雜，JDK7開始支援。

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