Java的中BIO、NIO、AIO-1
Java的中BIO、NIO、AIO-1
java最近在項目中用到TCP通信來完成命令和運行結果的交互，用的是典型的TCP通信中的C/S架構，原因很簡單：在業務需求低的環境下，這種架構簡單、穩定還容易寫。但是在實際部署的情況下，一直出現讀不到數據的空指針異常，按說BIO模式開發的應該阻塞直到有數據讀取，沒有找到原因就變通寫了一個消息隊列，使用定時器每1s從定時器中拿數據，解決了這個問題。但是想想這種同步阻塞的形式，就想了解一下其他的模式：NIO、AIO。好了，啰嗦了好多，進入正題：
IO操作的基本概念
在說明BIO/NIO/AIO之前，要先弄明白這些概念和原理，什麽是同步、異步，阻塞和非阻塞：
- 同步
在IO操作中，同步指的是用戶進程出發IO操作並等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒 - 異步
異步是指用戶進程在出發IO操作之後，便開始做自己的事情，IO操作由系統來完成，而當IO操作完成的時候，用戶進程會得到系統IO已經完成的通知。 - 阻塞
阻塞是指進程在訪問數據（讀寫操作）的時候，如果得不到數據就一直等待直到數據就緒，進行下一步的操作。 - 非阻塞
非阻塞是指進程在訪問數據（讀寫操作）的時候，進程會立即得到一個返回值，而不是一直等待下去。
總結起來同步異步是針對應用程序和內核的交互而言的，而阻塞和非阻塞是針對進程在訪問數據的時候，根據IO操作的就緒狀態來采取的不同方式，就是一種讀取和寫入操作實現方式。更底層一點來說，同步和異步只是跟IO操作過程中進程的狀態變化有關，而阻塞和非阻塞就是進程的兩種狀態。不要混淆了這些東西。
根據上面的基本概念，生成常見的四種IO模式：
- 同步阻塞IO
- 同步非阻塞IO
- 異步阻塞IO
- 異步非阻塞IO
下面來一一的說明這四種模型：
- 同步阻塞IO
同步阻塞IO是最簡單的IO模型，在此種方式下，用戶進程在發起一個IO操作以後，必須等待IO操作的完成，只有當真正完成了IO操作以後，用戶進程才能運行。JAVA傳統的IO模型屬於此種方式！
同步阻塞IO
- 同步非阻塞IO
在此種方式下，用戶進程發起一個IO操作以後，就可以返回做其他的事情，但是用戶進程需要時不時的去詢問IO操作是否就緒，這就需要用戶進程不斷的去輪詢、重復請求，這樣會消耗大量的cpu資源。一般情況下很少使用這種模型，而是在其他IO模型中使用非阻塞IO這一特性。
同步非阻塞
- 異步阻塞IO
這種模式是指一個應用發起一個IO操作之後，不等待內核IO操作的完成，等IO操作真正完成的時候，應用程序會得到IO操作完成的通知。這其實就是同步和異步的最關鍵區別，同步必須等待或者主動的去詢問IO操作是否完成，那為什麽說是阻塞呢？因為此時是通過select系統調用完成的，而select函數本身的實現方式是阻塞的，采用select函數有兩個好處就是它可以同時監聽多個文件句柄，從而提升系統的並發性。
nio
從上圖中可以看到，用戶首先將需要進行IO操作的socket添加到select中，然後阻塞等待select系統調用返回。當數據到達時，socket被激活，select函數返回。用戶線程正式發起read請求，讀取數據並繼續執行。使用select函數的優點並不僅限於此。雖然上述方式允許單線程內處理多個IO請求，但是每個IO請求的過程還是阻塞的（在select函數上阻塞），平均時間甚至比同步阻塞IO模型還要長。如果用戶線程只註冊自己感興趣的socket或者IO請求，然後去做自己的事情，等到數據到來時再進行處理，則可以提高CPU的利用率。
- 異步非阻塞IO
此種模式，用戶進程只需要發起一個IO操作然後立即返回，等IO操作真正的處理完成之後，應用程序會得到IO操作完成的通知，此時用戶只需要對數據進行處理就好了，不需要進行實際的IO讀寫操作，因為真正的IO讀寫操作已經由內核完成了。在IO多路復用模型中，事件循環將文件句柄的狀態事件通知給用戶線程，由用戶線程自行讀取數據、處理數據。而在異步IO模型中，當用戶線程收到通知時，數據已經被內核讀取完畢，並放在了用戶線程指定的緩沖區內，內核在IO完成後通知用戶線程直接使用即可。
aio
上面簡單的介紹了一下目前服務器編程中常見的幾種IO模型，但是真正把這幾種IO模型付諸實施的是幾種設計模式：
- C/S模式，這是經典的BIO通信模型。
- Reactor模式 是異步阻塞IO的處理模型
- Proactor模式 是異步非阻塞IO的處理模型
第二篇說明詳細的說明這幾種模式！！
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