引言

在Java中提供了三種IO模型：BIO、NIO、AIO，模型的選擇決定了程序通信的性能。

1.1、使用場景

• BIO
  BIO適用于連接數比較小的應用，這種IO模型對服務器資源要求比較高。
• NIO
  BIO適用于連接數目多、連接時間短的應用，比如聊天、彈幕、服務器間通訊等應用。
• AIO
  AIO適用于連接數目多、連接時間長的應用，比如相冊服務器。

1.2、BIO

同步并阻塞模型，服務器會為每一個連接建立一個線程，如果連接過多，且線程不做任何事情，會極大的浪費資源，示意圖如下：

1.2.1、機制

流程：

1. 服務器端啟動ServerSocket。
2. 客戶端啟動Socket對服務器進行通信，服務器會為每個客戶端建立一個線程與之通信。
3. 客戶端發送請求，先咨詢服務器是都有線程響應，如果沒有則會等待，或者被拒絕。
4. 如果有響應，客戶端線程會等待請求結束后，再繼續執行。

1.2.2、問題

• 服務端對于每個請求都要建立獨立的線程。
• 并發數大時，要創建大量的線程，系統資源占用大。
• 連接建立之后，如果當前線程暫時沒有數據可讀，則線程就阻塞再Read上，造成線程資源浪費。

1.3、NIO

同步非阻塞模型，服務器端用一個線程處理多個連接，客戶端發送的連接請求會注冊到多路復用器上，多路復用器輪詢到連接有IO請求就進行處理：

NIO的非阻塞模式，使得一個線程從某通道發送請求或者讀取數據時，如果目前沒有可用的數據，不會使線程阻塞，在數據可讀之前，該線程可以做其他的事情。

NIO有三大核心部分：

• Channel(通道)
• Buffer(緩沖區)
• Selector(選擇器)

由圖可知：

• 每個Channel對應一個Buffer。
• Selector對應一個線程，一個線程對應多個Channel。
• Selector會根據不同的事件，在各個通道上切換。
• Buffer是內存塊，底層是數據。

1.3.1、緩沖區（Buffer）

本質是可以讀寫數據的內存塊，Channel讀取或者寫入的數據必須通過Buffer:

java.nio.Buffer抽象類的屬性：

// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;

1.3.2、通道（Channel）

通道是雙向的，可以讀操作、也可以寫操作。
java.nio.channels.Channel接口的常用實現類：

FileChannel用于文件的數據讀寫，DatagramChannel用于UDP的數據讀寫，ServerSocketChannel和SocketChannel用于TCP的數據讀寫。

1.3.3、選擇器（Selector）

Selector選擇器使用一個線程來維護。多個Channel會以事件的方式注冊到同一個Selector,當有事件發生時，Selector會獲取事件，然后針對每個事件進行響應的處理。這樣就不必為每個連接創建一個線程，不用維護多線程，也不會有多線程之間的上下文切換導致的系統的開銷。
Selector示意圖：

1.4、AIO

異步非阻塞模型，AIO引入異步通道的概念，使用了Proactor,只有有效的請求才啟動線程，特點是先由操作系統完成后，才通知服務器端程序啟動線程去處理，一般適用于連接數較多且連接時間較長的應用。

1.5、BIO NIO AIO 對比