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BIO、NIO、AIO分別是什么?

來源:千鋒教育
發(fā)布人:wjy
時間: 2023-02-27 15:53:00 1677484380

  最近在面試時,千鋒有好幾個學(xué)生遇到了這樣的一個問題,BIO、NIO、AIO分別是什么?有什么區(qū)別?那這個問題該怎么回答呢?今天千鋒給大家簡單梳理一下這個問題。

  一. BIO 同步阻塞式原理解析

  簡介

  傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊模型,就是BIO,屬于同步阻塞的IO模型。比如我們熟悉的Socket通信。

  Socket服務(wù)端創(chuàng)建過程:

  服務(wù)端創(chuàng)建一個ServerSocket;

  客戶端用一個Socket去連接服務(wù)端的那個ServerSocket;

  ServerSocket接收到了一個的連接請求,就創(chuàng)建一個Socket和一個線程去跟那個Socket進(jìn)行通訊。

  客戶端和服務(wù)端進(jìn)行阻塞式通信過程:

  客戶端發(fā)送一個請求;

  服務(wù)端Socket進(jìn)行處理后返回響應(yīng);

  在響應(yīng)返回前,客戶端那邊就阻塞等待,任何事情都做不了。

  BIO缺點

  每次一個客戶端接入進(jìn)來,都需要在服務(wù)端創(chuàng)建一個線程來服務(wù)這個客戶端。這樣當(dāng)大量客戶端過來的時候,就會造成服務(wù)端的線程數(shù)量可能達(dá)到了幾千甚至幾萬,這樣就可能會造成服務(wù)端過載過高,最后崩潰死掉。

  BIO模型圖

BIO501

  Acceptor

  傳統(tǒng)IO模型中,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的設(shè)計模式有兩種比較經(jīng)典的設(shè)計模式:

  一個是多線程;

  一種是依靠線程池來進(jìn)行處理。

  如果是基于多線程的模式來的話,就是這樣的模式,這種也是Acceptor線程模型。

BIO615

  二. NIO 同步非阻塞IO

  簡介

  基于Reactor模型來實現(xiàn)的,相當(dāng)于,一個線程處理大量的客戶端的請求,通過一個線程輪詢大量channel,每次就獲取一批有事件的channel,然后對每個請求啟動一個線程處理即可。

  這里的核心就是非阻塞,selector一個線程就可以不停輪詢channel,所有客戶端請求都不會阻塞,最多就是等待下一輪的輪詢。

  NIO--優(yōu)化BIO的核心

  一個客戶端并不是時時刻刻都有數(shù)據(jù)進(jìn)行交互,所以更沒有必要死耗著一個線程不放,所以客戶端選擇了讓線程歇一歇,只有客戶端有相應(yīng)的操作的時候才發(fā)起通知,再創(chuàng)建一個線程來處理請求。

  NIO模型圖

BIO910

  Reactor模型

BIO924

  三. AIO 異步非阻塞IO

  簡介

  AIO基于Proactor模型實現(xiàn),分為發(fā)送請求和讀取數(shù)據(jù)兩個步驟:

  發(fā)送請求:處理每個連接發(fā)送過來的請求。

  每個請求都會綁定一個Buffer;

  通知操作系統(tǒng)去完成異步的讀(這個時間你就可以去做其他的事情);

  調(diào)用你的接口;

  返回異步讀完的數(shù)據(jù)。

  讀取數(shù)據(jù):將數(shù)據(jù)往回寫。

  一個Buffer,讓操作系統(tǒng)去完成寫。

  發(fā)送請求和讀取數(shù)據(jù)的主要區(qū)別在于:

  將數(shù)據(jù)寫入的緩沖區(qū)后,剩下的交給操作系統(tǒng)去完成;

  操作系統(tǒng)寫回數(shù)據(jù)也是一樣,寫到Buffer里面,完成后再通知客戶端來進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)。

  AIO模型圖

BIO1216

  四. 3個模型的一些問題

  同步阻塞--為什么說BIO是同步阻塞的呢?

  針對磁盤文件讀寫IO操作來說,因為用BIO的流讀寫文件,例如FileInputStrem,必須等著完成了這次IO才能返回。

  同步非阻塞--為什么說NIO為啥是同步非阻塞?

  因為無論多少客戶端都可以接入服務(wù)端,客戶端接入并不會耗費一個線程,只會創(chuàng)建一個連接,然后注冊到selector上去,一個selector線程不斷的輪詢所有的socket連接,發(fā)現(xiàn)有事件了就通知你,然后你就啟動一個線程處理一個請求即可,這個過程的話就是非阻塞的。

  但是這個處理的過程中,你還是要先讀取數(shù)據(jù),處理,再返回的,這是個同步的過程。

  異步非阻塞--為什么說AIO是異步非阻塞?

  當(dāng)基于AIO的api去讀寫文件時,發(fā)起一個請求之后,等讀寫完成后, 操作系統(tǒng)會來回調(diào)你的接口, 告訴你操作完成。在這期間不需要等待, 也不需要去輪詢判斷操作系統(tǒng)完成的狀態(tài),你可以去干其他的事情。

  同步還得主動去輪詢操作系統(tǒng),異步就是操作系統(tǒng)反過來通知你,所以說 AIO就是異步非阻塞的。

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