引言

在Java中提供了三種IO模型：BIO、NIO、AIO，模型的選擇決定了程式通訊的效能。

1.1、使用場景

• BIO BIO適用於連線數比較小的應用，這種IO模型對伺服器資源要求比較高。
• NIO NIO適用於連線數目多、連線時間短的應用，比如聊天、彈幕、伺服器間通訊等應用。
• AIO AIO適用於連線數目多、連線時間長的應用，比如相簿伺服器。

1.2、BIO

同步並阻塞模型，伺服器會為每一個連線建立一個執行緒，如果連線過多，且執行緒不做任何事情，會極大的浪費資源，示意圖如下：

1.2.1、機制

1. 伺服器端啟動ServerSocket。
2. 客戶端啟動Socket對伺服器進行通訊，伺服器會為每個客戶端建立一個執行緒與之通訊。
3. 客戶端傳送請求，先諮詢伺服器是否有執行緒響應，如果沒有則會等待，或者被拒絕。
4. 如果有響應，客戶端執行緒會等待請求結束後，再繼續執行。

1.2.2、問題

• 服務端對於每個請求都要建立獨立的執行緒。
• 併發數大時，要建立大量的執行緒，系統資源佔用大。
• 連線建立之後，如果當前執行緒暫時沒有資料可讀，則執行緒就阻塞再Read上，造成執行緒資源浪費。

1.3、NIO

同步非阻塞模型，伺服器端用一個執行緒處理多個連線，客戶端傳送的連線請求會註冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到連線有IO請求就進行處理：

NIO的非阻塞模式，使得一個執行緒從某通道傳送請求或者讀取資料時，如果目前沒有可用的資料，不會使執行緒阻塞，在資料可讀之前，該執行緒可以做其他的事情。

NIO有三大核心部分：

• Channel(通道)
• Buffer(緩衝區)
• Selector(選擇器)

• 每個Channel對應一個Buffer。
• Selector對應一個執行緒，一個執行緒對應多個Channel。
• Selector會根據不同的事件，在各個通道上切換。
• Buffer是記憶體塊，底層是資料。

1.3.1、緩衝區（Buffer）

本質是可以讀寫資料的記憶體塊，Channel讀取或者寫入的資料必須通過Buffer:

java.nio.Buffer抽象類的屬性：

// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
 

private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;
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1.3.2、通道（Channel）

通道是雙向的，可以讀操作、也可以寫操作。 java.nio.channels.Channel介面的常用實現類：

FileChannel用於檔案的資料讀寫，DatagramChannel用於UDP的資料讀寫，ServerSocketChannel和SocketChannel用於TCP的資料讀寫。

1.3.3、選擇器（Selector）

Selector選擇器使用一個執行緒來維護。多個Channel會以事件的方式註冊到同一個Selector,當有事件發生時，Selector會獲取事件，然後針對每個事件進行響應的處理。這樣就不必為每個連線建立一個執行緒，不用維護多執行緒，也不會有多執行緒之間的上下文切換導致的系統的開銷。 Selector示意圖：

1.4、AIO

非同步非阻塞模型，AIO引入非同步通道的概念，使用了Proactor,只有有效的請求才啟動執行緒，特點是先由作業系統完成後，才通知伺服器端程式啟動執行緒去處理，一般適用於連線數較多且連線時間較長的應用。

1.5、BIO NIO AIO 對比