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Java 中的 BIO、NIO 和 AIO 是 Java 语言对操作系统不同 IO 模型的封装。程序员在使用这些 API 时,无需深入了解操作系统层面的细节,也无需为不同操作系统编写不同的代码。只需使用 Java 的 API 就可以实现对应的功能。
在讨论 BIO、NIO 和 AIO 之前,先来回顾一下同步与异步、阻塞与非阻塞的概念。
同步和异步的区别主要在于,异步中调用者不需要等待处理结果,结果由事件或回调机知晓。
同步阻塞、同步非阻塞和异步非阻塞的含义可以通过生活中的例子来理解:烧开水的过程从同步阻塞到同步非阻塞再到异步非阻塞。
BIO 是同步阻塞 I/O 模型。传统 BIO 通信模型中,服务端需要一个独立的 Acceptor 线程监听客户端连接,接收到连接后,为每个客户端创建一个新的线程处理链路。这种模型通过线程池实现伪异步 I/O,但线程的创建和销毁成本高,难以应对高并发访问量。
为了解决 BIO 中线程资源耗尽的问题,伪异步 IO 使用线程池和任务队列。客户端接入后,创建一个 Task 投递到线程池中处理。线程池维护消息队列和活跃线程,资源占用可控,但仍无法从根本解决问题。
BIO 服务端代码示例显示,传统 BIO 需要多个线程处理多个客户端连接,而伪异同步程使用线程池优化资源分配。
BIO 在低负载、低并发场景下表现优异,开发简单易懂。但在高并发场景下线程资源耗尽,性能差。
NIO 是 Java 1.4 引入的同步非阻塞 I/O 模型,基于 java.nio 包的 Channel、Selector 和 Buffer 组件。
NIO 提供了更高效的资源管理,适合高负载、高并发场景。但 JDK 原生 NIO 存在 epoll 实现中的空轮询问题,维护复杂度高。
NIO 服务端代码示例显示,选择器用于轮询多个通道,减少线程数,提高效率。
NIO 在高并发场景下性能优于 BIO,但底层实现复杂,维护困难。
AIO 是 NIO 2 的改进版,Java 7 引入的异步非阻塞 I/O 模型。基于事件驱动,操作后立即返回,等待操作完成后通过回调处理结果。
AIO 的主要特点是异步 IO,适合高并发场景,但学习曲线陡峭,适合复杂的异步编程需求。
BIO、NIO 和 AIO 分别适用于不同场景:
选择时需根据具体需求权衡性能、开发复杂度和资源消耗。
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