BIO、NIO、AIO的区别和原理

一、IO模型的知识
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并处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的开销,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IO请求时才启动一个线程进行处理
JAVA AIO(NIO2):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;
2.使用场景
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。
3.BIO 同步并阻塞
tomcat采用的传统的BIO(同步阻塞IO模型)+线程池模式,对于十万甚至百万连接的时候,传统BIO模型是无能为力的:
①线程的创建和销毁成本很高,在linux中,线程本质就是一个进程,创建销毁都是重量级的系统函数
②线程本身占用较大的内存,像java的线程栈一般至少分配512K-1M的空间,如果系统线程过高,内存占用是个问题
③线程的切换成本高,操作系统发生线程切换的时候,需要保留线程的上下文,然后执行系统调用,如果线程数过高可能执行线程切换的时间甚至大于线程执行的时间,这时候带来的表现是系统load偏高,CPUsy使用率很高
④容易造成锯齿状的系统负载。系统负载是用活动线程数或CPU核心数,一旦线程数量高但外部网络环境不是很稳定,就很容易造成大量请求的结果同时返回,激活大量阻塞线程从而使系统负载压力过大。

4.NIO同步非阻塞
NIO基于Reactor,当socket有流可读或可写入socket,操作系统会相应的通知引用程序进行处理,应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。也就是,不是一个链接就要对应一个处理线程,而是一个有效请求对应一个线程,当连接没有数据时,是没有工作线程来处理的
Reactor模型

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