IO的分类有哪些

简介: IO的分类有哪些

一:BIO,NIO,AIO有什么区别

BIO:同步阻塞IO

JDK1.4之前,建立网络连接的时候采用BIO模式,先在启动服务端socket,然后启动客户端socket,对服务端通信,客户端发送请求后,先判断服务端是否有线程响应,如果没有则会一直等待或者遭到拒绝请求,如果有的话会等待请求结束后才继续执行。线程发起IO 请求,不管内核是否准备好IO操作,从发起请求起,线程一直阻塞,直到操作完成。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,可以通过线程池机制改善。


NIO:同步非阻塞IO

NIO主要是想解决BIO的大并发问题,BIO是每一个请求分配一个线程,当请求过多时,每个线程占用一定的内存空间,JDK1.4开始支持NIO,适用于连接数目多且连接比较短的架构,比如聊天服务器,并发局限于应用中。线程发起IO 请求,立即返回;内核在做好IO操作准备之后,通过调用注册回调函数通知线程做IO操作,线程开始阻塞,直到操作完成。服务器实现模式为一个请求一个线程,即客户端发送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I/O 请求时才启动一个线程进行处理。


AIO:异步非阻塞IO

JDK1.7开始支持AIO,适用于连接数目多且连接长的结构。线程发起IO 请求,立即返回;内存做好IO操作准备之后,做IO操作,直到操作完成或者失败,通过调用注册回调函数通知线程做IO操作完成或者失败。服务器实现模式为一个有效请求一个线程,客户端IO 请求都由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。  

二:BIO,NIO,AIO有哪些适用场景

1.BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择但程序简单易理解。

2.NIO方式适用于连接数目多且连接比较短(轻操作)的架构,比如聊天服务器,弹幕系统,服务器间通讯等。编程比较复杂JDK1.4开始支持。

3.AIO方式使用于连接数目多且连接比较长重操作)的架构,比如相册服务器,充分调用OS参与并发操作,编程比较复杂JDK7开始支持

三:BIO的编程流程

1.服务器端启动一个ServerSocket;

2.客户端启动Socket对服务器进行通信,默认情况下服务器端需要对每 个客户 建立一个线程与之通讯;

3.客户端发出请求后,先咨询服务器是否有线程响应,如果没有则会等待,或者被拒绝

4.如果有响应,客户端线程会等待请 求结束后,在继续执行;

四:NIO的三大核心部分

Selector(选择器)、Channel(通道)、Buffer(缓冲区)。

1.Selector 对应一个线程,一个线程对应多个channel(连接);

2.该图反应了有三个channel注册到该selector程序;

3.每个channel都会对应一个Buffer;

4.程序切换到哪个channel是有事件决定的,Event 就是一个重要的概念:

5.Selector 会根据不同的事件,在各个通道上切换;

6.Buffer 就是一个内存块,底层是有一个数组

7.数据的读取写入是通过Buffer,这个和BIO 中要么是输入流,或者是输出流,不能双向,但是NIO的Buffer 是可以读也可以写需要 flip 方法切换

8.channel是双向的,可以返回底层操作系统的情况,比如Linux,底层的操作系统 通道就是双向的;

NIO是面向缓冲区,或者说面向块编程,数据读取到一个数据后,会向缓冲区中前后移动,这就增加了处理过程中的灵活性,使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。

HTTP2.0使用了多路复用的技术,做到同一个连接并发处理多个请求,而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。

缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块,可以理解成是一个 容器对象(含数组),该对象提供了一组方法,可以更轻松地使用内存块,,缓冲区对象内置了一些机制,能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道,但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer。

五:NIO中buffer的属性有哪些

1.mark:标记

2.position:位置,下一个要被读或写的元素的索引,每次读写缓冲区数据时都会改变改值,为下次读写作准备。

3.limmit:表示缓冲区的当前终点,不能对缓冲区 超过极限的位置进行读写操作。且极限 是可以修改的

4.capacity:容量,即可以容纳的最大数据量;在缓冲区创建时被设定并且不能改变

六:BIO与NIO的对比

1.BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/0 的效率比流 I/0 高很多;

2.BIO 是阻塞的,NIO 则是非阻塞的;

3.BIO基于字节流和字符流进行操作,而NIO基于 Channcl(通道)和 Buffcr(缓冲区)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器用于监听多个通道的事件(比如:连接请求,数据到达等),因 此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。

七:简述一下Selector选择器

1.Java的NIO、用非阻塞的IO方式。可以用一个线程,处理多个的客户端连接,就会使用到Selector()选择器)。

2. 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处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道,也就是管理多个连接和请求:

3.只有在 连接/通道真正有读写事件发生时,才会进行读写,就大大地减少了系统开销,并且不必为每个连接都创建一个线程,不用去维护多个线程。

4.避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

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