【2023】NIO vs BIO对比及 IO模型

末蓝、 2023-10-13 12:12 63阅读 0赞

### 1、stream vs channel ###

**通道（Channel）**：由 java.nio.channels 包定义 的。Channel 表示 IO 源与目标打开的连接。Channel 类似于传统的“流”。只不过 Channel 本身不能直接访问数据，Channel 只能与 Buffer 进行交互。（Channel本身不存储数据，因此需要配合缓冲区进行传输）

Channel 如何做到异步？  
例如下图，我们应NIO的 Selector来监听 多个Channel，由于Channel是既可以读也可以写的，因此Selector监听Channel时，并不需要像BIO一样，阻塞到Channel有数据才返回，则是可以达到 当Channel有数据时，主动去通知Selector，让Selector去处理，这样的话，Selector就不需要阻塞了，这就是Channel的异步。

![在这里插入图片描述][6f33e59ba76247378522c92667b8afe3.png]

> **最明显的区别：一个是阻塞读取，一个是到达读取**
> 
>  *  **stream 是BIO，也就是阻塞模式**，分IN OUT两个，无论是IN还是OUT，在进行消息处理是是阻塞当前线程的，也就是需要等待对方的数据到达。
>  *  **channel 是NIO，可以看作其包含了INOUT是一个通道的概念**，channel的实现有很多，针对本地文件的，针对网络的，针对内存的，不同的其表现并不完全相同，但可以理解为：channel的数据消费是将数据写入缓冲区buffer，或从buffer读取数据；这个过程是可以通过selector来辅助监听channel的状态
>  *  stream不会自动缓冲数据，channel会利用系统提供的发送缓冲区，接收缓冲区（更为底层）
>  *  stream仅支持阻塞 API，channel同时支持阻塞，非阻塞API，网络channel可配合selector实现多路复用
>  *  二者均为全双工，即读写可以同时进行

## 2、IO模型 ##

同步阻塞、非同步阻塞、多路复用 （都属于同步IO） ： 异步阻塞(没有此情况)、异步非阻塞 （异步IO）

*  同步：线程自己去获取结果（一个线程）
 *  异步：线程自己不去获取结果，而是由其他线程获取结果（至少两个线程）。
    
     *  异步只有非阻塞  
        ![在这里插入图片描述][060630ce135841699e38408b1a3743ea.png]

**网络io模型**

*  阻塞IO ：用户线程在读取期间被阻塞掉了，在读取期间不能执行其他的东西。
    
    ![在这里插入图片描述][dda52e8229dc4947aa2388cf125a62df.png_pic_center]
 *  非阻塞IO：用户线程一直循环去访问内核空间，是否有数据，如果没有不会阻塞，会直接返回用户空间；直到读取到数据；进行复制数据，复制数据期间也还是会阻塞，直到复制完成返回。
    
    ![在这里插入图片描述][843b8b79ac374f2689057f22761b9dab.png_pic_center]
 *  多路复用：不会直接去调用read方法，会先去调用select，阻塞住，直到发送read事件，才会去内核空间读取复制数据到用户线程回来
    
     *  阻塞io情况：线程执行完read事件后来了一个accept事件，他会去建立连接，中间是 不能继续去接收第一个channel的read事件的，需要等channel2连接建立之后才会去执行read事件
        
        ![在这里插入图片描述][19d537285c1542c29738aa866e487a4e.png_pic_center]
     *  多路复用情况：select方法执行只会，就会去等待事件的发生，当事件来的时候，就会立即触发select，把事件全部注册到select中；如果多个事件一起发生，则会一起把事件注册回来，然后再去把事件执行掉，不会再等待c2，完成才会去执行把c3注册事件。
    
    ![在这里插入图片描述][9a8b7cf0b7844aa185ba858331dbc890.png_pic_center]
 *  信号驱动
 *  异步IO：
    
     *  异步读取文件
     *  使用`AsynchronousFileChannel类实现`
        
         *  多线程情况下，当主线程执行完了的时候，即使守护线程仍然还在执行，也会结束
        
        > **守护线程**
        > 
        > 指为其他线程服务的线程。在JVM中，所有非守护线程都执行完毕后，无论有没有守护线程，虚拟机都会自动退出。而如果有非守护线程未执行完时，则JVM不会关闭
    
        public static void main(String[] args) throws IOException {
              
                try (AsynchronousFileChannel channel =  AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("words2.txt"), StandardOpenOption.READ)){
              
                    /*参数1 ByteBuffer
                    * 参数2 读取的起始位置
                    * 参数3 附件
                    * 参数4 回调对象 CompletionHandler
                    * */
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
                    log.debug("read begin...");
                    channel.read(buffer, 0,buffer, new CompletionHandler<Integer ,ByteBuffer>() {
              
        
                        @Override //read 成功  (实际字节数，传入的buffer)
                        public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
              
                            log.debug("read...{}",result);
                            attachment.flip();
                            String a = StandardCharsets.UTF_8.decode(attachment).toString();
                            log.debug("read...{}",a);
        
                        }
                        @Override //read 失败
                        public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
              
                            exc.printStackTrace();
                        }
                    });
                    log.debug("read end...");
                } catch (IOException e) {
              
                    e.printStackTrace();
                }
                System.in.read();
            }

参考：uxil网络编程

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