12 BIO,NIO,AIO的区别

vvEcho 2024-01-24 10:33:23

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BIO、NIO、AIO 是Java中处理I/O操作的不同方式，它们的区别如下：

BIO（Blocking I/O）：阻塞式I/O，即在执行I/O操作时，当前线程会被阻塞，直到I/O操作完成。这种方式适用于简单的I/O操作，但当有大量的并发请求时，性能较差。

核心机制：

每个连接对应一个独立线程，线程在I/O操作期间被完全阻塞，直到数据就绪或操作完成 1 3。
典型实现如ServerSocket和Socket，通过accept()和read()方法阻塞等待客户端请求

示例代码：

import java.io.*;

public class BioExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
        int data = fis.read();
        while (data != -1) {
            System.out.print((char) data);
            data = fis.read();
        }
        fis.close();
    }
}

在这个例子中，我们使用FileInputStream进行文件读取，由于使用了阻塞式I/O，所以在读取文件时，当前线程会被阻塞，直到文件读取完成。

NIO（Non-blocking I/O）：非阻塞式I/O，即在执行I/O操作时，不会阻塞当前线程，而是通过回调函数或轮询的方式检查I/O操作是否完成。这种方式适用于高并发的场景，性能较好。

核心机制：

基于多路复用器（Selector），单个线程可监听多个通道（Channel）的就绪事件（如读/写），通过轮询实现非阻塞 2 4。
使用Buffer和Channel替代传统流式I/O，支持零拷贝技术提升性能

示例代码：

import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;

public class NioExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            selector.select();
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                if (key.isAcceptable()) {
                    // 处理接受连接的逻辑
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 处理读取数据的逻辑
                }
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

在这个例子中，我们使用Selector和ServerSocketChannel进行非阻塞式文件读取，通过轮询的方式检查文件读取是否完成。

AIO（Asynchronous I/O）：异步I/O，由操作系统内核来完成I/O操作，减少线程切换开销，提高性能；线程完全非阻塞，线程资源利用率极高，适合海量并发。

核心机制:

基于异步回调或事件驱动，由操作系统内核完成I/O操作后通知应用程序，无需线程主动等待
如AsynchronousSocketChannel和CompletionHandler，操作发起后立即返回，内核完成读写后通过回调通知结果

示例代码：

import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.util.concurrent.*;

public class AioExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("input.txt"), StandardOpenOption.READ);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        long position = 0;
        long count = fileChannel.size();

        Future<Integer> operation = fileChannel.read(buffer, position);
        while (!operation.isDone()) {
            // 可以执行其他任务，不会被阻塞
        }

        int bytesRead = operation.get(); // 获取实际读取的字节数
        buffer.flip();
        while (buffer.hasRemaining()) {
            System.out.print((char) buffer.get());
        }
        fileChannel.close();
    }
}

在这个例子中，我们使用AsynchronousFileChannel进行异步文件读取，通过回调函数通知文件读取完成。

总结：BIO-阻塞式io,通俗理解去银行取钱,银行只开了一个窗口得一个一个来取【线程阻塞，资源消耗大】
NIO-非阻塞式io,通俗理解去银行取钱,取完号后可以自由活动，但是得定期看看电子大屏看是否轮到自己，当窗口准备好时，用户需自行前往办理（数据拷贝仍需阻塞等待）【多路复用，主动轮询就绪事件】
AIO-异步非阻塞io,通俗理解你要取钱,但是你没有时间自己去取，你向银行提交申请后，银行派人把钱给你送来【内核完成所有操作并主动回调，用户全程无感】

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