浅谈“阻塞同步”，“BIO、NIO、AIO”
一、阻塞？同步？
可能大家平常会经常听到这两个名词，但是没花太多心思详细了解，今天就来揭开这层面纱。
一次IO操作，以read方法举例，会经历两个阶段：
（1）等待数据准备(Waitingfor the data to be ready)
是否阻塞指的就是这一个阶段。
（2）将数据从内核拷贝到进程中(Copying the data from the kernel to the process)
是否同步指的就是这一个阶段。
二、BIO
即blocking IO，阻塞式IO，大家最为熟悉的IO流，经常用于操作网络请求，文件读写之类。按读取类型可分为两大类：字符流，字节流。详情图如下：
IO流详情图
附上普通I/O（BIO）的读流程图示：
BIO阻塞同步图
当左边的应用进程发出了“system call”命令后，kernel首先进入第一阶段“wait for data”，然后再进入第二阶段“copying the data”，最后“return OK”返回到用户进程中，即BIO在两个阶段都是阻塞block的，阻塞并同步。
三、NIO
即non-blocking IO，也叫做new IO，因为是NIO是JDK 1.4的java.nio.*包中引入的新I/O库，目的是提高速度，也是对之前的BIO一个补充完善。
NIO的三个重点，重中之重的是：
1. channel（通道）
连接data数据与buffer缓存区的桥梁。
- 既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
- 通道可以异步地读写。
- 通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。
2. Buffer（缓冲区）
用于和NIO通道进行交互。如图所示，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。
buffer
3. Selector（选择器）
是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件，如此一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个连接。
selector
由于selector的原因，可以将NIO简单区分为两种：普通的NIO，和多路复用的NIO（加入了selector管理）。通过下面两张IO操作图示简单说明下两者区别：
NIO非阻塞同步图
很明显的可以观测到NIO在IO操作的准备数据阶段时有一个轮询操作，会不停地发出“system call”到kernel轮询数据是否准备好，没准备好，应用进程可以处理其他事，准备好了之后在发出一个“system call”到kernel进行第二个阶段复制数据，这个过程是blocking的，所以NIO的特点就是在IO执行的第一阶段不会阻塞，但是在第二阶段将数据从内核拷贝到进程这个真是的IO操作还是会阻塞。
多路复用的NIO则是上述的普通NIO的补充，在并发量过大的情况下，不可能每个线程都要轮询自己的IO状态，这时就可以使用selector管理所有的IO通道channel，之用开启一个线程，便可解决成千上万的高并发问题(｡◕ˇ∀ˇ◕)｡
四、AIO
NIO 2.0引入了新的异步通道的概念，并提供了对异步文件通道和异步套接字通道的实现。（基于NIO）
Asynchronous IO，字面意思即异步的IO，完全不阻塞，那我们看看这个的read操作图示：
通过图示可以很清楚得发现，如果是AIO发起read操作之后，kernel收到请求后会立即响应应用进程application，所以应用进程完全可以做其他的事，不会造成任何的block。待kernel第一、二阶段都已经完成之后，会给应用进程发送一个signal，告诉它read操作已经完成。所以AIO的特点是在IO的两个阶段都不会发生阻塞，而是全权交给系统内核才完成，内核完成后通过信号告知应用进程即可。
五、各种I/O对比
| 属性\模型 | 阻塞BIO | 非阻塞NIO | 异步AIO |
|---|---|---|---|
| blocking | 阻塞并同步 | 非阻塞但同步 | 非阻塞并异步 |
| 线程数（server:client） | 1:1 | 1：N | 0：N |
| 复杂度 | 简单 | 较复杂 | 复杂 |
| 吞吐量 | 低 | 高 | 高 |
具体使用得依据业务的实际应用场景和性能需求而定，如果客户端很少，并发量不大，那么完全可以选择BIO，不过得加入线程池管理；相反要求并发较高的话，就应该采用NIO框架了。
六、简单总结
BIO、NIO、AIO概念认知：
- 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。
- 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。
