AIO、NIO、BIO

一、aio（asynchronous io）

　　aio是一种异步非阻塞的io模型，异步io是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会产生阻塞，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

　　服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的io请求都是由os先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

　　aio方式适用于连接数多且连接比较长的结构。

二、nio（new io）

　　

　　nio是一种同步非阻塞的io模型，对于高负载、高并发的网络应用，应使用nio的非阻塞模型来开发。传统io基于字节流和字符流进行操作，而nio基于channel和buffer进行操作，数据从通道读取到缓冲区中或从缓冲区写入通道中。selector用于监听多个通道的事件（如连接打开、数据到达），因此，单个线程可以监听多个数据通道。

　　服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有io请求时才启动一个线程进行处理。

　nio的缓冲区

　　　java io面向流意味着每次从流中读一个或多个字节直至读取所有字节，它们没有缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。

　　　nio的缓冲导向方法不同，数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。增加了处理过程的灵活性。但还需要检查是否该缓冲区中包含所有需要处理的数据。而且，需要确保当更多的数据读入缓冲区时，不能覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

　nio的非阻塞

　　　nio的非阻塞模式，使一个线程从某个通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有可用数据时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直至数据可以读取之前，该线程可以继续做其他事情。非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某个通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。

　　nio有三大核心组件，分别是：channel（通道）、buffer（缓冲区）、selector（选择器）。nio是用于连接数目多且比较短的架构。

　　　　channel（通道）：channel是双向的，既可以用来进行读操作，也可以用来进行写操作。nio中的channel的主要实现有：filechannel、datagramchannel、socketchannel、serversocketchannel分别对应文件io、udp和tcp（server和client）。

　　　　buffer（缓冲区）：实际上是一个连续的数组。读取或写入的数据都必须经由buffer。在nio中，buffer是一个顶层父类，他是一个抽象类，常用的子类有：bytebuffer、intbuffer、...

　　　　

　　　　selector（选择区）：selector类是nio的核心类，selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的相应处理。

　　1）nio与传统io的区别：

　　　　a. nio是非阻塞的，比如说，单线程中从通道读取数据到buffer，同时可以继续做别的事情，当数据读取到buffer后，线程再继续处理数据，写数据也是一样的。io流是阻塞的，当一个线程调用read()或write()时，该线程被阻塞，直到数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情。

　　　　b. nio是面向缓冲区，所有数据都是用缓冲区（buffer）来处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的；在写数据时，写入到缓冲区。io是面向流的，在io流中可以将数据直接写入或者数据直接读到stream对象中，虽然stream中也有buffer开头的扩展类，但只是流的包装类，还是从流读到缓冲区。

　　　　c. nio通过通道来读写，通道是双向的，可读可写；而流的读写是单向的。

　　　　d. nio有选择器，选择器用于使用单个线程管理多个通道；而io没有。

　　2）缺点：

　　　　jdk的nio底层由epoll实现，该实现饱受诟病的空轮询bug会导致cpu飙升100%。

　　3）nio如何实现多路复用？

　　　　在多路复用io模型中，会有一个线程不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的io读写操作。所以他大大减少了资源占用。在java nio中，是通过selector.select()去查询每个通道是否有到达事件，如果没有到达事件，则一直阻塞在那里，因此这种方式会造成用户线程的阻塞。

　　　　另外多路复用io为何比非阻塞io模型的效率高？因为在非阻塞io中，不断轮询socket状态是通过用户线程去进行的，而在多路复用io中，轮询每个socket状态是内核在进行的，这个效率要比用户线程高得多。

三、bio

　　bio是一种同步阻塞的io模型。数据的读写必须阻塞在一个线程内等待其完成。

　　服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销。

　　采用bio通信模型，一般通过在while(true)循环中服务端会调用accept()方法等待接收客户端的连接方式监听请求，一旦接收到连接请求，就可以建立通信套接字进行读写操作，此时不能在接收其他客户端连接请求，只能等待当前连接的客户端操作执行完成。不过可以通过线程池和任务队列来支持多个客户端的连接。

　　bio方式适用于连接数比较小且固定的架构。