多线程隙-IO模型(BIO、NIO、AIO)

BIO(Blocking IO):

同步并阻塞,服务器实现方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。
在使用同步I/O的网络应用中,如果要同时处理多个客户端请求,或是在客户端要同时和多个服务器进行通讯,就必须使用多线程来处理。也就是说,将每一个客户端请求分配给一个线程来单独处理。这样做虽然可以达到我们的要求,但同时又会带来另外一个问题。由于每创建一个线程,就要为这个线程分配一定的内存空间(也叫工作存储器),而且操作系统本身也对线程的总数有一定的限制。如果客户端的请求过多,服务端程序可能会因为不堪重负而拒绝客户端的请求,甚至服务器可能会因此而瘫痪。

NIO(Non-Blocking IO):

同步非阻塞,

IO多路复用:

客户端发送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。

NIO本身是基于事件驱动思想来完成的,其主要想解决的是BIO的大并发问题。
NIO基于Reactor,当socket有流可读或可写入socket时,操作系统会相应的通知引用程序进行处理,应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。 也就是说,这个时候,已经不是一个连接就要对应一个处理线程了,而是有效的请求,对应一个线程,当连接没有数据时,是没有工作线程来处理的。
BIO与NIO一个比较重要的不同,是我们使用BIO的时候往往会引入多线程,每个连接一个单独的线程;而NIO则是使用单线程或者只使用少量的多线程,每个连接共用一个线程。IO的最重要的地方是当一个连接创建后,不需要对应一个线程,这个连接会被注册到多路复用器上面,所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定,当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候,发现连接上有请求的话,才开启一个线程进行处理,也就是一个请求一个线程模式。
在NIO的处理方式中,当一个请求来的话,开启线程进行处理,可能会等待后端应用的资源(JDBC连接等),其实这个线程就被阻塞了,当并发上来的话,还是会有BIO一样的问题。

IO多路复用之select/poll:
Select是内核提供的系统调用,它支持一次查询多个系统调用的可用状态,当任意一个结果状态可用时就会返回,用户进程再发起一次系统调用进行数据读取。换句话说,就是NIO中N次的系统调用,借助Select,只需要发起一次系统调用就够了。但是,select有一个限制,就是存在连接数限制,针对于此,又提出了poll。其与select相比,主要是解决了连接限制。
select/poll 虽然解决了NIO重复无效系统调用用的问题,但同时又引入了新的问题。问题是:
用户空间和内核空间之间,大量的数据拷贝
内核循环遍历IO状态,浪费CPU时间
换句话说,select/poll虽然减少了用户进程的发起的系统调用,但内核的工作量只增不减。在高并发的情况下,内核的性能问题依旧。所以select/poll的问题本质是:内核存在无效的循环遍历。

IO多路复用之epoll:
针对select/pool引入的问题,我们把解决问题的思路转回到内核上,如何减少内核重复无效的循环遍历呢?变主动为被动,基于事件驱动来实现。

AIO:

与NIO不同,当进行读写操作时,只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的,对于读操作而言,当有流可读取时,操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区,并通知应用程序;对于写操作而言,当操作系统将write方法传递的流写入完毕时,操作系统主动通知应用程序。 即可以理解为,read/write方法都是异步的,完成后会主动调用回调函数。

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。

参考:
https://www.jianshu.com/p/0a03c427359a
https://juejin.im/post/6844903812738596878
https://www.jianshu.com/p/511b9cffbdac

原文地址:https://www.cnblogs.com/fanfan-90/p/13493178.html