IO的方式通常分為幾種，同步阻塞的BIO、同步非阻塞的NIO、非同步非阻塞的AIO。

一、BIO

     在JDK1.4出來之前，我們建立網路連線的時候採用BIO模式，需要先在服務端啟動一個ServerSocket，然後在客戶端啟動Socket來對服務端進行通訊，預設情況下服務端需要對每個請求建立一堆執行緒等待請求，而客戶端傳送請求後，先諮詢服務端是否有執行緒相應，如果沒有則會一直等待或者遭到拒絕請求，如果有的話，客戶端會執行緒會等待請求結束後才繼續執行。

二、NIO

    NIO本身是基於事件驅動思想

    NIO基於Reactor，當socket有流可讀或可寫入socket時，作業系統會相應的通知應用程式進行處理，應用再將流讀取到緩衝區或寫入作業系統。  也就是說，這個時候，已經不是一個連線就要對應一個處理執行緒了，而是有效的請求，對應一個執行緒，當連線沒有資料時，是沒有工作執行緒來處理的。

   BIO與NIO一個比較重要的不同，是我們使用BIO的時候往往會引入多執行緒，每個連線一個單獨的執行緒；而NIO則是使用單執行緒或者只使用少量的多執行緒，每個連線共用一個執行緒。（IO多路複用技術）

      NIO的最重要的地方是當一個連線建立後，不需要對應一個執行緒，這個連線會被註冊到多路複用器上面，所以所有的連線只需要一個執行緒就可以搞定，當這個執行緒中的多路複用器進行輪詢的時候，發現連線上有請求的話，才開啟一個執行緒進行處理，也就是一個請求一個執行緒模式。

      在NIO的處理方式中，當一個請求來的話，開啟執行緒進行處理，可能會等待後端應用的資源(JDBC連線等)，其實這個執行緒就被阻塞了，當併發上來的話，還是會有BIO一樣的問題。

　　HTTP/1.1出現後，有了Http長連線，這樣除了超時和指明特定關閉的http header外，這個連結是一直開啟的狀態的，這樣在NIO處理中可以進一步的進化，在後端資源中可以實現資源池或者佇列，當請求來的話，開啟的執行緒把請求和請求資料傳送給後端資源池或者佇列裡面就返回（非同步佇列），並且在全域性的地方保持住這個現場(哪個連線的哪個請求等)，這樣前面的執行緒還是可以去接受其他的請求，而後端的應用的處理只需要執行佇列裡面的就可以了，這樣請求處理和後端應用是非同步的.當後端處理完，到全域性地方得到現場，產生響應，這個就實現了非同步處理。

三、AIO

     與NIO不同，當進行讀寫操作時，只須直接呼叫API的read或write方法即可。這兩種方法均為非同步的，對於讀操作而言，當有流可讀取時，作業系統會將可讀的流傳入read方法的緩衝區，並通知應用程式；對於寫操作而言，當作業系統將write方法傳遞的流寫入完畢時，作業系統主動通知應用程式。  即可以理解為，read/write方法都是非同步的，完成後會主動呼叫回撥函式。  在JDK1.7中，這部分內容被稱作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四個非同步通道：

• AsynchronousSocketChannel
• AsynchronousServerSocketChannel
• AsynchronousFileChannel
• AsynchronousDatagramChannel

其中的read/write方法，會返回一個帶回調函式的物件，當執行完讀取/寫入操作後，直接呼叫回撥函式。

BIO是一個連線一個執行緒。

NIO是一個請求一個執行緒。

AIO是一個有效請求一個執行緒。

先來個例子理解一下概念，以銀行取款為例： 

• 同步 ： 自己親自出馬持銀行卡到銀行取錢（使用同步IO時，Java自己處理IO讀寫）；
• 非同步 ： 委託一小弟拿銀行卡到銀行取錢，然後給你（使用非同步IO時，Java將IO讀寫委託給OS處理，需要將資料緩衝區地址和大小傳給OS(銀行卡和密碼)，OS需要支援非同步IO操作API）；
• 阻塞 ： ATM排隊取款，你只能等待（使用阻塞IO時，Java呼叫會一直阻塞到讀寫完成才返回）；
• 非阻塞 ： 櫃檯取款，取個號，然後坐在椅子上做其它事，等號廣播會通知你辦理，沒到號你就不能去，你可以不斷問大堂經理排到了沒有，大堂經理如果說還沒到你就不能去（使用非阻塞IO時，如果不能讀寫Java呼叫會馬上返回，當IO事件分發器會通知可讀寫時再繼續進行讀寫，不斷迴圈直到讀寫完成）

Java對BIO、NIO、AIO的支援：

• Java BIO ： 同步並阻塞，伺服器實現模式為一個連線一個執行緒，即客戶端有連線請求時伺服器端就需要啟動一個執行緒進行處理，如果這個連線不做任何事情會造成不必要的執行緒開銷，當然可以通過執行緒池機制改善。

• Java NIO ： 同步非阻塞，伺服器實現模式為一個請求一個執行緒，即客戶端傳送的連線請求都會註冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到連線有I/O請求時才啟動一個執行緒進行處理。

• Java AIO(NIO.2) ： 非同步非阻塞，伺服器實現模式為一個有效請求一個執行緒，客戶端的I/O請求都是由OS先完成了再通知伺服器應用去啟動執行緒進行處理，

BIO、NIO、AIO適用場景分析:

• BIO方式適用於連線數目比較小且固定的架構，這種方式對伺服器資源要求比較高，併發侷限於應用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程式直觀簡單易理解。

• NIO方式適用於連線數目多且連線比較短（輕操作）的架構，比如聊天伺服器，併發侷限於應用中，程式設計比較複雜，JDK1.4開始支援。

• AIO方式使用於連線數目多且連線比較長（重操作）的架構，比如相簿伺服器，充分呼叫OS參與併發操作，程式設計比較複雜，JDK7開始支援。

另外，I/O屬於底層操作，需要作業系統支援，併發也需要作業系統的支援，所以效能方面不同作業系統差異會比較明顯。

在高效能的I/O設計中，有兩個比較著名的模式Reactor和Proactor模式，其中Reactor模式用於同步I/O，而Proactor運用於非同步I/O操作。

 一般來說I/O模型可以分為：同步阻塞，同步非阻塞，非同步阻塞，非同步非阻塞IO

1,同步和非同步是針對應用程式和核心的互動而言的。 同步/非同步是在時間上強調處理事情的結果/機會成本的兩種處理策略；強調結果意味著對結果的迫不急待，不過結果是正確的還是錯誤的，反正你要立即給我一個結果響應；強調時間機會成本意味著對等待結果浪費的時間極其難接受，而對結果並不是那麼急切，暫時不管結果（讓處理方處理完主動通知結果/自己空閒的時候主動去獲取結果）轉而去處理其他事情

2,阻塞和非阻塞是針對於程序在訪問資料的時候，根據IO操作的就緒狀態來採取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函式的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函式將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函式會立即返回一個狀態值。

3,同步/非同步是巨集觀上（程序間通訊，通常表現為網路IO的處理上），阻塞/非阻塞是微觀上（程序內資料傳輸，通常表現為對本地IO的處理上）；阻塞和非阻塞是同步/非同步的表現形式

由上描述基本可以總結一句簡短的話，同步和非同步是目的，阻塞和非阻塞是實現方式。 

下面我們再來理解組合方式的IO型別，就好理解多了。 

同步阻塞IO（JAVA BIO）： 
    同步並阻塞，伺服器實現模式為一個連線一個執行緒，即客戶端有連線請求時伺服器端就需要啟動一個執行緒進行處理，如果這個連線不做任何事情會造成不必要的執行緒開銷，當然可以通過執行緒池機制改善。 

同步非阻塞IO(Java NIO) ： 同步非阻塞，伺服器實現模式為一個請求一個執行緒，即客戶端傳送的連線請求都會註冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到連線有I/O請求時才啟動一個執行緒進行處理。使用者程序也需要時不時的詢問IO操作是否就緒，這就要求使用者程序不停的去詢問。 

非同步阻塞IO（Java NIO）：  
   此種方式下是指應用發起一個IO操作以後，不等待核心IO操作的完成，等核心完成IO操作以後會通知應用程式，這其實就是同步和非同步最關鍵的區別，同步必須等待或者主動的去詢問IO是否完成，那麼為什麼說是阻塞的呢？因為此時是通過select系統呼叫來完成的，而select函式本身的實現方式是阻塞的，而採用select函式有個好處就是它可以同時監聽多個檔案控制代碼（如果從UNP的角度看，select屬於同步操作。因為select之後，程序還需要讀寫資料），從而提高系統的併發性！  


（Java AIO(NIO.2)）非同步非阻塞IO:  
   在此種模式下，使用者程序只需要發起一個IO操作然後立即返回，等IO操作真正的完成以後，應用程式會得到IO操作完成的通知，此時使用者程序只需要對資料進行處理就好了，不需要進行實際的IO讀寫操作，因為真正的IO讀取或者寫入操作已經由核心完成了。    

BIO、NIO、AIO適用場景分析: 

    BIO方式適用於連線數目比較小且固定的架構，這種方式對伺服器資源要求比較高，併發侷限於應用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程式直觀簡單易理解。 

    NIO方式適用於連線數目多且連線比較短（輕操作）的架構，比如聊天伺服器，併發侷限於應用中，程式設計比較複雜，JDK1.4開始支援。 

    AIO方式使用於連線數目多且連線比較長（重操作）的架構，比如相簿伺服器，充分呼叫OS參與併發操作，程式設計比較複雜，JDK7開始支援。 

搞清楚了以上概念以後，我們再回過頭來看看，Reactor模式和Proactor模式。  
 

 首先來看看Reactor模式，Reactor模式應用於同步I/O的場景。我們分別以讀操作和寫操作為例來看看Reactor中的具體步驟：  
讀取操作：  
1. 應用程式註冊讀就緒事件和相關聯的事件處理器  
  
2. 事件分離器等待事件的發生  
  
3. 當發生讀就緒事件的時候，事件分離器呼叫第一步註冊的事件處理器  
  
4. 事件處理器首先執行實際的讀取操作，然後根據讀取到的內容進行進一步的處理  
  
寫入操作類似於讀取操作，只不過第一步註冊的是寫就緒事件。  
   
  
下面我們來看看Proactor模式中讀取操作和寫入操作的過程：  
讀取操作：  
1. 應用程式初始化一個非同步讀取操作，然後註冊相應的事件處理器，此時事件處理器不關注讀取就緒事件，而是關注讀取完成事件，這是區別於Reactor的關鍵。  
  
2. 事件分離器等待讀取操作完成事件  
  
3. 在事件分離器等待讀取操作完成的時候，作業系統呼叫核心執行緒完成讀取操作（非同步IO都是作業系統負責將資料讀寫到應用傳遞進來的緩衝區供應用程式操作，作業系統扮演了重要角色），並將讀取的內容放入使用者傳遞過來的快取區中。這也是區別於Reactor的一點，Proactor中，應用程式需要傳遞快取區。  
  
4. 事件分離器捕獲到讀取完成事件後，啟用應用程式註冊的事件處理器，事件處理器直接從快取區讀取資料，而不需要進行實際的讀取操作。  
  
Proactor中寫入操作和讀取操作，只不過感興趣的事件是寫入完成事件。  
  
從上面可以看出，Reactor和Proactor模式的主要區別就是真正的讀取和寫入操作是有誰來完成的，Reactor中需要應用程式自己讀取或者寫入資料，而Proactor模式中，應用程式不需要進行實際的讀寫過程，它只需要從快取區讀取或者寫入即可，作業系統會讀取快取區或者寫入快取區到真正的IO裝置.  
   
          綜上所述，同步和非同步是相對於應用和核心的互動方式而言的，同步 需要主動去詢問，而非同步的時候核心在IO事件發生的時候通知應用程式，而阻塞和非阻塞僅僅是系統在呼叫系統呼叫的時候函式的實現方式而已。  


如果你想吃一份宮保雞丁蓋飯： 

同步阻塞：你到飯館點餐，然後在那等著，還要一邊喊：好了沒啊！ 

同步非阻塞：在飯館點完餐，就去遛狗了。不過溜一會兒，就回飯館喊一聲：好了沒啊！ 

非同步阻塞：遛狗的時候，接到飯館電話，說飯做好了，讓您親自去拿。 

非同步非阻塞：飯館打電話說，我們知道您的位置，一會給你送過來，安心遛狗就可以了。 

“一個IO操作其實分成了兩個步驟：發起IO請求和實際的IO操作。 
同步IO和非同步IO的區別就在於第二個步驟是否阻塞，如果實際的IO讀寫阻塞請求程序，那麼就是同步IO。 
阻塞IO和非阻塞IO的區別在於第一步，發起IO請求是否會被阻塞，如果阻塞直到完成那麼就是傳統的阻塞IO，如果不阻塞，那麼就是非阻塞IO。 

同步和非同步是針對應用程式和核心的互動而言的，同步指的是使用者程序觸發IO操作並等待或者輪詢的去檢視IO操作是否就緒，而非同步是指使用者程序觸發IO操作以後便開始做自己的事情，而當IO操作已經完成的時候會得到IO完成的通知。而阻塞和非阻塞是針對於程序在訪問資料的時候，根據IO操作的就緒狀態來採取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函式的實現方式，阻塞方式下讀取或者寫入函式將一直等待，而非阻塞方式下，讀取或者寫入函式會立即返回一個狀態值。 
所以,IO操作可以分為3類：同步阻塞（即早期的IO操作）、同步非阻塞（NIO）、非同步（AIO）。 
同步阻塞： 
在此種方式下，使用者程序在發起一個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，使用者程序才能執行。JAVA傳統的IO模型屬於此種方式。 

同步非阻塞： 
在此種方式下，使用者程序發起一個IO操作以後邊可返回做其它事情，但是使用者程序需要時不時的詢問IO操作是否就緒，這就要求使用者程序不停的去詢問，從而引入不必要的CPU資源浪費。其中目前JAVA的NIO就屬於同步非阻塞IO。 
非同步： 
此種方式下是指應用發起一個IO操作以後，不等待核心IO操作的完成，等核心完成IO操作以後會通知應用程式。” 

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