07-BIO和NIO

虾壳...大约 10 分钟JavaNIOBIO

简洁版

BIO：同步阻塞模型，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，当然可以通过线程池机制改善。应用场景：中小规模的Web应用。

NIO：（Non-blocking I/O，在Java领域，也称为New I/O，是相对于BIO来说的）是一种同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路复用的基础。它通过使用单个或少量线程来处理多个I/O操作，避免了传统的每个请求一个线程的做法。应用场景：聊天服务器。

Java中的java.nio包及其下的Channel、Selector、Buffer等类就是基于NIO模型的实现。

Selector（选择器）：用于监控多个通道的 I/O 事件，实现高效的多路复用。
Channel（通道）：用于高效的 I/O 操作，支持非阻塞模式和双向操作。如：FileChannel用于文件 I/O 操作。
Buffer（缓冲区）：用于与通道交互的容器，管理数据的读写操作。如：ByteBuffer用于字节数据。

Selector对应一个线程，一个线程对应多个Channel连接，Channel注册到selector。每个Channel 都会对应一个Buffer，

补充：
多路复用是一种高效的 I/O 管理技术，允许一个线程监控多个通道的 I/O 事件。多路复用通常用于高效地管理多个 I/O 操作，特别是在处理大量并发连接时。在 Java NIO 中，多路复用主要通过 Selector 类来实现。Selector 允许一个单独的线程监控多个通道（Channel）的 I/O 事件（如读、写、连接等），从而提高了 I/O 操作的效率。应用场景：聊天服务器、游戏服务器等。

GPT

BIO（Blocking I/O）

同步阻塞：BIO是一种同步阻塞模型。每个连接请求都会创建一个线程，线程会阻塞，直到I/O操作完成。
简单易用：BIO模型简单，适用于连接数目较少且并发性不高的应用场景，如传统的Web应用。
资源消耗大：因为每个请求都需要一个独立的线程进行处理，所以在高并发场景下，线程数目会迅速增长，导致系统资源消耗大，并且线程上下文切换的开销也较大。
典型实现：Java中的ServerSocket和Socket类就是基于BIO模型的实现。

BIO应用领域

传统Web服务器：
- 中小规模的Web应用：处理并发请求数量较少的Web服务器，如一些企业内部应用或中小型网站。
- 简单的HTTP服务器：需要快速开发和部署的小型HTTP服务器。
客户端应用：
- 桌面应用：一些简单的桌面客户端程序需要与服务器进行通信，可以使用BIO来实现。
- 命令行工具：一些需要网络通信的命令行工具，如FTP客户端等。
数据库连接：
- 传统数据库客户端：连接到数据库服务器并执行查询操作的客户端程序，适用于连接数较少的场景。
教育和培训：
- 学习和教学：由于BIO模型简单，适合初学者学习和理解网络编程的基本概念。

NIO（New I/O）

非阻塞：NIO是一种非阻塞模型。它通过使用单个或少量线程来处理多个I/O操作，避免了传统的每个请求一个线程的做法。
多路复用：NIO使用选择器（Selector）进行多路复用，可以在单个线程中监控多个通道（Channel）的事件，比如读、写和连接。
更高的并发性：由于NIO不需要为每个连接创建一个线程，因此它在处理大量并发连接时更加高效，适用于高并发、高负载的网络应用，如高性能服务器。
复杂性高：NIO的编程模型比BIO复杂，需要更复杂的代码来处理选择器和通道的非阻塞操作。
典型实现：Java中的java.nio包及其下的Channel、Selector、Buffer等类就是基于NIO模型的实现。

NIO应用领域

高性能服务器：
- 高并发Web服务器：处理大量并发请求的高性能Web服务器，如电商平台、内容分发网络（CDN）等。
- 游戏服务器：需要处理大量并发连接的在线游戏服务器。
分布式系统：
- 消息队列：如Kafka等高性能消息队列，使用NIO来处理高吞吐量的数据传输。
- 大数据处理：大数据系统如Hadoop、Spark等，使用NIO来高效地处理数据传输。
网络框架：
- 异步网络框架：如Netty，使用NIO来实现高效的网络通信，广泛应用于各种高性能网络应用中。
- HTTP客户端和服务器：高性能HTTP客户端和服务器框架，如AsyncHttpClient等。
文件处理：
- 大文件传输：处理大文件传输和操作的系统，如分布式文件系统（HDFS）等。
实时通信：
- 聊天系统：即时通讯工具和在线聊天系统，需要处理大量并发连接和实时数据传输。
- 在线会议：视频会议和音频通话应用，需要高效的网络通信和数据传输。

对比总结

编程模型：BIO编程简单，但不适合高并发。NIO编程复杂，但在高并发情况下性能更好。
资源消耗：BIO需要更多的线程和系统资源。NIO通过少量线程管理多个连接，资源利用效率更高。
适用场景：BIO适用于简单、连接数少的场景。NIO适用于高并发、高负载的场景。
BIO：适用于简单、连接数较少、并发性要求不高的应用场景。开发和理解相对简单，适合初学者和小型项目。
NIO：适用于高并发、高性能需求的应用场景。能够高效地处理大量并发连接，适合大型分布式系统和高性能服务器。

简书

https://www.jianshu.com/p/8ad464ed516e

各种I/O对比

属性\模型	阻塞BIO	非阻塞NIO	异步AIO
blocking	阻塞并同步	非阻塞但同步	非阻塞并异步
线程数（server:client）	1:1	1：N	0：N
复杂度	简单	较复杂	复杂
吞吐量	低	高	高

具体使用得依据业务的实际应用场景和性能需求而定，如果客户端很少，并发量不大，那么完全可以选择BIO，不过得加入线程池管理；相反要求并发较高的话，就应该采用NIO框架了。

BIO、NIO、AIO概念认知

Java BIO ：同步并阻塞，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，当然可以通过线程池机制改善。
Java NIO ：同步非阻塞，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I/O请求时才启动一个线程进行处理。
Java AIO(NIO.2) ：异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O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。

BIO、NIO、AIO适用场景分析

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，但程序直观简单易理解。
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，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。
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。

FileChannel：用于文件 I/O 操作。
SocketChannel：用于网络 I/O 操作（TCP）。
ServerSocketChannel：用于监听 TCP 连接。
DatagramChannel：用于网络 I/O 操作（UDP）。

主要特点：

双向性：通道可以同时进行读和写操作。
非阻塞模式：通道可以配置为非阻塞模式，允许异步 I/O 操作。
与缓冲区结合使用：通道与缓冲区结合使用，数据从通道读入缓冲区或从缓冲区写入通道。

示例代码：

import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class ChannelExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("example.txt", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel();

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
        int bytesRead = channel.read(buffer);

        while (bytesRead != -1) {
            buffer.flip();
            while (buffer.hasRemaining()) {
                System.out.print((char) buffer.get());
            }
            buffer.clear();
            bytesRead = channel.read(buffer);
        }
        channel.close();
        file.close();
    }
}

2. Selector

Selector 是一个多路复用器，用于监控多个通道的 I/O 事件（如读、写、连接等）。它允许一个单独的线程管理多个通道，从而提高了 I/O 操作的效率。

主要特点：

非阻塞 I/O：与非阻塞通道一起使用，允许单个线程处理多个通道的 I/O 事件。
事件驱动：通过注册感兴趣的事件（如 OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT、OP_ACCEPT），Selector 可以在事件发生时通知应用程序。

示例代码：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;

public class SelectorExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
        serverChannel.configureBlocking(false);
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            selector.select();
            Iterator<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys().iterator();
            while (keys.hasNext()) {
                SelectionKey key = keys.next();
                keys.remove();

                if (key.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    SocketChannel client = server.accept();
                    client.configureBlocking(false);
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);
                    client.read(buffer);
                    System.out.println("Received: " + new String(buffer.array()).trim());
                }
            }
        }
    }
}

3. Buffer

Buffer 是一个用于与 NIO 通道进行交互的容器。它是一个线性、有限的字节序列，具有固定的容量（capacity）、位置（position）和限制（limit）。

主要类型：

ByteBuffer：用于字节数据。
CharBuffer：用于字符数据。
IntBuffer：用于整数数据。
FloatBuffer：用于浮点数数据。
DoubleBuffer：用于双精度浮点数数据。
LongBuffer：用于长整数数据。
ShortBuffer：用于短整数数据。

主要特点：

容量（Capacity）：缓冲区的最大存储量。
位置（Position）：下一个要读或写的元素的索引。
限制（Limit）：缓冲区中第一个不能读或写的元素的索引。

示例代码：

import java.nio.ByteBuffer;

public class BufferExample {
    public static void main(String[] args) {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);

        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
            buffer.put((byte) i);
        }

        buffer.flip();

        while (buffer.hasRemaining()) {
            System.out.print(buffer.get() + " ");
        }
    }
}

总结

Channel：用于高效的 I/O 操作，支持非阻塞模式和双向操作。
Selector：用于监控多个通道的 I/O 事件，实现高效的多路复用。
Buffer：用于与通道交互的容器，管理数据的读写操作。

通过结合使用这些类，Java NIO 提供了比传统 I/O 更高效和灵活的 I/O 操作方式。

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各种I/O对比

BIO、NIO、AIO概念认知

BIO、NIO、AIO适用场景分析

Channel、Selector、Buffer

1. Channel

主要类型：

主要特点：

示例代码：

2. Selector

主要特点：

示例代码：

3. Buffer

主要类型：

主要特点：

示例代码：

总结

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