java中IO、NIO、AIO(NIO2.0)的学习

港控/mmm° 2022-07-14 14:34 311阅读 0赞

# java中的IO #

## 传统的IO ##

我们通常所说的传统IO编程就是同步阻塞式的I/O编程，也就是一个Socket和一个Client的端到端的通信过程，我们启动Socket端的时候，Socket会调用accept()方法进行阻塞，等待Client端的请求，直到Client端发送请求过来，然后给于反馈。后来发展出伪异步的I/O编程，也就是把IO编程里面加上一个自定义的线程池，这样就可以实现多个Client端的请求然后通过线程池的阻塞让Socket端一一给于请求反馈。

基础的Socket和Client代码我在这里就不进行写入了。

## 伪异步IO ##

那传统的这种IO，有了多少个Client端就要创建多少个线程去访问Socket，在jdk1.5之前没有NIO的时候，就是用的伪异步的IO来解决这个问题的。在伪异步IO这种解决方案中就是在传统的Socket中加了一个自定义线程池(可以去我自定义线程池的那篇博客去学习自定义线程池)，然后像这个线程池中传入最大线程数，和BlockingQueue的容量，这样我们多个Client端访问我们Socket的时候就会在这个自定义线程池中进行阻塞。这样就会使得应用程序更加的可控，不至于使服务器被Client端撑爆。当然这种代码已经是很古老的一种代码。

## JDK1.5的NIO1.0 ##

那我们现在所说的异步非阻塞的编程到底是什么意思？

其实对于异步非阻塞真正的实现是在jdk1.7以后才真正的实现的。也就是NIO2.0的时候才实现，那么在NIO1.0的时候也就是JDK1.5的时候我们只是实现了非阻塞并没有实现异步的概念。

## 传统IO和NIO的区别 ##

其实传统的IO和NIO的区别其本质就是阻塞和非阻塞的区别

**阻塞概念**：应用程序在获取网络数据的时候，如果网络传输很慢，那么程序就会一直处于等待状态，直到数据传输结束为止。

**非阻塞概念**：应用程序直接可以获取已经准备好的网络数据，无需等待。

io为同步阻塞的形式nio为同步非阻塞的形式。NIO1.0并没有实现异步的概念，在jdk1.7之后的NIO2.0才真正的实现了异步非阻塞的概念。

**同步时**：应用程序会直接参与IO读写操作，并且我们的程序会直接阻塞到某一个方法上，直到数据准备就绪。或者采用轮询的策略实时检查数据的就绪状态，如果就绪则获取数据。

**异步时**：就是所用IO操作交给操作系统处理，我们编写的应用程序不参与IO的操作，我们的程序不需要关心IO的读写，当操作系统完成了IO的读写操作时，会给我们的应用程序发送通知，我们的应用程序直接拿走数据即可。

同步说的是你的server服务器端的执行方式。

阻塞说的是具体的技术，接收数据的方式、状态。

## NIO编程介绍 ##

有的人叫NIO为 New IO，而我们通常认为NIO是 Not Blocking IO，即非阻塞的IO。

学习NIO编程，我们首先要了解几个概念。

**Buffer(缓冲区)**：在基本IO操作中，所有的数据都是以流的形式操作的，而在NIO中，则都是使用缓冲区，所有的读写操作都是使用缓冲区完成的。缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

**Channel(管道，通道)**：是一个TCP连接之间的抽象，一个Tcp连接可以对应多个Channel，而不是以前的方式只有一个通信信道，这个时候就减少TCP了连接的次数。

**Selector(选择器，多路复用器)**：轮询所有的注册通道，根据通道状态执行相关操作。状态包括：Connect，Accept，Read，Write。

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在server端会创建一个Selector多路复用器，所有的客户端想和服务器建立连接都要创建一个SocketChannel注册到Selector上，然后Selector使用一个线程轮询着检测所有的注册的SocketChannel的状态，根据每个不同的通道的状态执行相关的代码。NIO的本质就是避免原始的TCP建立连接使用三次握手的操作，减少连接的开销。

## AIO编程介绍 ##

服务端：AsynchronousServerSocketChannel

客户端：AsynchronousSocketChannel

用户处理器：CompletionHandler接口，这个接口实现应用程序向操作系统发起io请求。当完成后处理具体的逻辑。否则做自己该做的事情。

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