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BIO、NIO和AIO的區別(簡明版)

      一:事件分離器

        在IO讀寫時,把 IO請求 與 讀寫操作 分離調配進行,需要用到事件分離器。根據處理機制的不同,事件分離器又分為:同步的Reactor和非同步的Proactor。

        Reactor模型:

    - 應用程式在事件分離器註冊 讀就緒事件 和 讀就緒事件處理器
    - 事件分離器等待讀就緒事件發生
    - 讀就緒事件發生,啟用事件分離器,分離器呼叫 讀就緒事件處理器(即:可以進行讀操作了,開始讀)
    - 讀事件處理器開始進行讀操作,把讀到的資料提供給程式使用

        Proactor模型:

       - 應用程式在事件分離器註冊 讀完成事件 和 讀完成事件處理器,並向作業系統發出非同步讀請求

   - 事件分離器等待作業系統完成讀取

   - 在分離器等待過程中,作業系統利用並行的核心執行緒執行實際的讀操作,並將結果資料存入使用者自定義緩衝區,最後通知事件分離器讀操作完成

   - 事件分離器監聽到 讀完成事件 後,啟用 讀完成事件的處理器

   - 讀完成事件處理器 處理使用者自定義緩衝區中的資料給應用程式使用

       同步和非同步的區別就在於 讀 操作由誰完成:同步的Reactor是指程式發出讀請求後,由分離器監聽到可以進行讀操作時(需要獲得讀操作條件)通知事件處理器進行讀操作,非同步的Proactor是指程式發出讀請求後,作業系統立刻非同步地進行讀操作了,讀完之後在通知分離器,分離器啟用處理器直接取用已讀到的資料。

        二:同步阻塞IO(BIO)

        我們熟知的Socket程式設計就是BIO,一個socket連線一個處理執行緒(這個執行緒負責這個Socket連線的一系列資料傳輸操作)。阻塞的原因在於:作業系統允許的執行緒數量是有限的,多個socket申請與服務端建立連線時,服務端不能提供相應數量的處理執行緒,沒有分配到處理執行緒的連線就會阻塞等待或被拒絕。

         三:同步非阻塞IO(NIO)

         New IO是對BIO的改進,基於Reactor模型。我們知道,一個socket連線只有在特點時候才會發生資料傳輸IO操作,大部分時間這個“資料通道”是空閒的,但還是佔用著執行緒。NIO作出的改進就是“一個請求一個執行緒”,在連線到服務端的眾多socket中,只有需要進行IO操作的才能獲取服務端的處理執行緒進行IO。這樣就不會因為執行緒不夠用而限制了socket的接入。客戶端的socket連線到服務端時,就會在事件分離器註冊一個 IO請求事件 和 IO 事件處理器。在該連線發生IO請求時,IO事件處理器就會啟動一個執行緒來處理這個IO請求,不斷嘗試獲取系統的IO的使用許可權,一旦成功(即:可以進行IO),則通知這個socket進行IO資料傳輸。

         NIO還提供了兩個新概念:Buffer和Channel

Buffer:
–        是一塊連續的記憶體塊。
–        是 NIO 資料讀或寫的中轉地。
Channel:
–        資料的源頭或者資料的目的地
–        用於向 buffer 提供資料或者讀取 buffer 資料 ,buffer 物件的唯一介面。
–         非同步 I/O 支援
      Buffer作為IO流中資料的緩衝區,而Channel則作為socket的IO流與Buffer的傳輸通道。客戶端socket與服務端socket之間的IO傳輸不直接把資料交給CPU使用,
而是先經過Channel通道把資料儲存到Buffer,然後CPU直接從Buffer區讀寫資料,一次可以讀寫更多的內容。
      使用Buffer提高IO效率的原因(這裡與IO流裡面的BufferedXXStream、BufferedReader、BufferedWriter提高效能的原理一樣):IO的耗時主要花在資料傳輸的路上,普通的IO是一個位元組一個位元組地傳輸,
而採用了Buffer的話,通過Buffer封裝的方法(比如一次讀一行,則以行為單位傳輸而不是一個位元組一次進行傳輸)就可以實現“一大塊位元組”的傳輸。比如:IO就是送快遞,普通IO是一個快遞跑一趟,採用了Buffer的IO就是一車跑一趟。很明顯,buffer效率更高,花在傳輸路上
的時間大大縮短。

          四:非同步阻塞IO(AIO)

          NIO是同步的IO,是因為程式需要IO操作時,必須獲得了IO許可權後親自進行IO操作才能進行下一步操作。AIO是對NIO的改進(所以AIO又叫NIO.2),它是基於Proactor模型的。每個socket連線在事件分離器註冊 IO完成事件 和 IO完成事件處理器。程式需要進行IO時,向分離器發出IO請求並把所用的Buffer區域告知分離器,分離器通知作業系統進行IO操作,作業系統自己不斷嘗試獲取IO許可權並進行IO操作(資料儲存在Buffer區),操作完成後通知分離器;分離器檢測到 IO完成事件,則啟用 IO完成事件處理器,處理器會通知程式說“IO已完成”,程式知道後就直接從Buffer區進行資料的讀寫。

          也就是說:AIO是發出IO請求後,由作業系統自己去獲取IO許可權並進行IO操作;NIO則是發出IO請求後,由執行緒不斷嘗試獲取IO許可權,獲取到後通知應用程式自己進行IO操作。