来聊一聊Java的BIO和NIO及一些底层原理，有时间下期更新Netty相关内容~

模型基本说明

• 什么是I/O模型：就是用什么样的通道进行数据发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能
• Java共支持3种网络编程模型I/O模式： BIO、NIO、AIO传统Java的I/O模型

BIO：同步并阻塞（传统阻塞型）

• 服务器为每一个新连接建立一个 新线程 进行处理，如果连接没有数据也会 阻塞等待 （不做任何事情）造成不必要的线程开销（示意图如下） PS：BIO -> blocking io

Java的BIO与NIO模型

现在Java的I/O模型

NIO：同步非阻塞

• 服务器的一个线程能处理多个请求（连接），客户端发送的连接请求会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理（示意图如下） PS：NIO -> non-blocking io

Java的BIO与NIO模型

AIO：异步非阻塞（非重点）

• 引入了异步通道的概念，采用Proactor模式，简化了程序编写，有效的请求才会启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时长较长的应用BIO、NIO、AIO使用场景分析
• BIO适用于连接数小且固定的架构，对服务器资源占用高，一般只在JDK1.4以前（唯一选择）
• NIO适用于连接数目多且连接比较短的架构，如聊天服务器，弹幕系统，编程复杂，JDK1.4开始才有
• AIO适用于连接数目多且连接比较长的架构，如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，JDK1.7后出现Java BIO 编程BIO基本介绍
• Java BIO就是传统的Java I/O编程，其相关类和接口在 java.io
• BIO（Blocking IO）：同步阻塞，服务器为每个连接请求建立新的线程，如果没有事情做也会阻塞等待，直到断开链接，这样会造成 不必要的线程开销
• 对于BIO的架构可以通过线程池机制改善（多个客户连接服务器）
• BIO 占用资源高 ，适用于连接数比较小且固定的架构，但是代码简单Java BIO 工作机制

BIO工作流程

1. 服务端启动一个 ServerSocket
2. 客户端启动 Socket 对服务器进行通信，服务器对每一个客户端线程之间建立通讯
3. 客户端线程请求结束后，断开链接，服务端线程结束Java BIO问题分析

• 每个请求都需要创建独立的线程，为客户端数据Read/Write
• 当并发数大的时候，要创建大量线程来处理链接，系统资源占用大
• 建立连接后，线程如果暂时没有数据可读，就阻塞在Read上，造成线程资源浪费Java NIO 编程NIO基本介绍
• Java NIO 全称 Java non-blocking IO 是JDK1.4开始提供的新API，是 同步非阻塞 的
• NIO相关类都放在java.nio包下，并对原 java.io 包中的很多类进行改写
• NIO有三大核心部分： Channel（通道）、Buffer（缓冲区）、Selector（选择器）
• NIO是 面向缓冲区，或者面向块编程 的，不是简单的read和write，数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，也可按需要在缓冲区前后移动读取数据
• NIO的 非阻塞模式 ：一个线程从某通道读取数据的时候， 仅能得到目前可用的数据 ，当没有可用的数据时，什么都不会获取，会去做别的事情（ 因为数据是块的，所以等它攒到一定大小直到可用的时候再给就行，而不会因为数据是散装的要一直阻塞等待浪费线程！！！ ）
• 这样就能将很多请求交由一个线程处理，大幅度减少线程开销NIO和BIO
• BIO以 流 的形式处理数据，NIO以 块 的形式处理数据
• BIO是 阻塞的 ，NIO是 非阻塞的
• BIO的流是 字节流 和 字符流 ， 而NIO的块基于 Channel（通道） 和 Buffer（缓冲区） 读取数据 ， Selector（选择器） 监听多个通道的 事件（连接请求，数据到达）NIO三大核心关系图
• 每一个Channel都会对应一个Buffer
• Selector对应一个服务器线程，一个线程对应多个Channel
• Selector选择哪个是由Channel的 事件Event 决定的
• Selector会根据事件安排在各个通道上 切换
• Buffer是缓冲区，其实就是一个内存块，底层就是一个数组（bytebuffer）
• Buffer的读写是双向，既可以读也可以写，像底层操作系统的系统通道也是双向的缓冲区（Buffer）

Buffer的本质 -> 可以读写的数据内存块（容器对象）

数据的读写必须经过buffer

Java的BIO与NIO模型

Buffer类的基本信息

Java的BIO与NIO模型

Buffer类相关方法（比较灵活）

Java的BIO与NIO模型

通道（Channel）

NIO通道与BIO的流的区别

• 通道可以同时进行读写，流只能读或者写
• 通道可以异步读写数据，流只能同步
• 通道可以从缓冲区读&写数据

常用Channel类

• BIO的Stream是 单向 的，NIO的Channel是 双向 的
• 常用的Channel类： ServerSocketChannel （类似ServerSocket）和 SocketChannel （类似Socket）
• Filechannel ->文件读写通道
• DatagramChannel -> UDP数据读写通道
• ServerSocketChannel & SocketChannel -> TCP读写通道

Selector（选择器）

• Java的NIO，用非阻塞IO模式，得益于 Selector
• 多个Channel以事件的方式注册到同一个Selector -> 这样Selector可监控多个通道是否有事件发生 -> 一个线程管理多个通道的连接和请求
• 只有有事件发生时才回去读写，减少线程开销（线程上下文切换）
• 线程在非阻塞IO的空闲时间在其他有需要的通道上执行IO操作，节约了时间
• Netty的IO线程NioEventLoop（事件）

示意图

Java的BIO与NIO模型