Java新一代网络编程模型AIO原理

红太狼 2023-07-03 10:36 5阅读 0赞

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**Java新一代网络编程模型AIO原理**

**原文地址**

[Java新一代网络编程模型AIO原理及Linux系统AIO介绍][Java_AIO_Linux_AIO]

**前言**

从JDK 1.7版本开始，Java新加入的文件和网络IO特性称为NIO2(New IO2, 因为JDK1.4中已经有过一个NIO了)，包含了众多性能和功能上的改进，其中最重要的部分，就是对异步IO的支持，称为`Java AIO(Asynchronous IO)`。

因为AIO的实现需要充分调用OS，IO需要操作系统支持、并发也同样需要操作系统的支持，所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。所以本文也附带介绍了Linux 2.6及以后版本新增的AIO特性（因为这跟Java AIO是对应关系）。

**Java AIO**

**基本原理**

目前为止，Java共支持3种网络编程模型：BIO、NIO、AIO：

*  Java BIO ：同步阻塞，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。
 *  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。
 *  Java AIO(NIO 2) ：异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

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。

**AIO介绍**

JDK在1.4版本的NIO中提供了对非阻塞多路复用同步IO模型的支持，但是在Windows上是基于较低效select/poll实现的。

JDK1.7中提供对AIO的支持后，带来了两方面的好处：

*  Windows上可以使用`iocp`了。
 *  简化了网络编程模型。异步IO相比较非阻塞多路复用模型更易理解，开发更为简单。

和多路复用的Java NIO相比较，可以发现，异步IO是在数据读取或者写入调用已经完成的时候，再通知调用者，而非阻塞多路复用IO则是在有数据就绪，可以读写的时候通知调用者，读写仍然是由调用者执行，并且是阻塞的（这意味着如果要同时进行其他工作，要控制读写操作不能阻塞太长时间或者需要将其放去单独的IO线程执行)。

JDK7中的Java AIO新增的类和接口主要有：

*  `AsynchronousServerSocketChannel` ，对应于BIO中的`ServerSocket`和NIO中的`ServerSocketChannel`，用于server端的网络程序。
 *  `AsynchronousSocketChannel`，对应于BIO中的`Socket`和NIO中的`SocketChannel`，用于client端的网络程序。
 *  `CompletionHandler`，`回调接口`，在`socket`进行`accept/connect/read/write`等操作时，可以传入一个`CompletionHandler`的实现，操作执行完毕后，会调用注册的`CompletionHandler`。

除了`CompletionHandler`这种回调方式，AIO中还支持返回`Future`对象，使用`Future`来设定回调操作。

**异步非阻塞 I/O（AIO）**

异步非阻塞 I/O 模型是一种处理与 I/O 重叠进行的模型。读请求会立即返回，说明 read 请求已经成功发起了。在后台完成读操作时，应用程序然后会执行其他处理操作。当 read 的响应到达时，就会产生一个信号或执行一个基于线程的回调函数来完成这次 I/O 处理过程。

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[Java]: https://kaven.blog.csdn.net/article/details/104140118
[Java_AIO_Linux_AIO]: http://www.52im.net/thread-306-1-1.html
[aHR0cDovL3d3dy41MmltLm5ldC9kYXRhL2F0dGFjaG1lbnQvZm9ydW0vMjAxNjA1LzE0LzE1MTQzNWsyMGprMjl2cDF6eG03eHguZ2lm]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL3d3dy41MmltLm5ldC9kYXRhL2F0dGFjaG1lbnQvZm9ydW0vMjAxNjA1LzE0LzE1MTQzNWsyMGprMjl2cDF6eG03eHguZ2lm