Java的BIO、NIO和AIO介绍
2016-02-23 13:17
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1. I/O概念理解:同步/异步、阻塞/非阻塞
一个IO操作其实分成了两个步骤:发起IO请求和实际的IO操作。同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞,如果实际的IO读写阻塞请求进程,那么就是同步IO。
阻塞IO和非阻塞IO的区别在于第一步,发起IO请求是否会被阻塞,如果阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO,如果不阻塞,那么就是非阻塞IO。
2.Java对BIO、NIO、AIO的支持
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。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。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。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。
3.高性能I/0
基本的I/O编程过程(包括网络I/O和文件I/O)是,打开文件描述符(windows是handler,java是stream或channel),多路捕获(Multiplexe,即select和poll和epoll)IO可读写的状态,而后可以读写的文件描述符进行IO读写,由于IO设备速度和CPU内存比速度会慢,为了更好的利用CPU和内存,会开多线程,每个线程读写一个文件描述符。但C10K(Concurrent 10000 connection)问题,让我们意识到在超大数量的网络连接下,机器设备和网络速度不再是瓶颈,瓶颈在于操作系统和IO应用程序的沟通协作的方式。
举个例子,一万个socket连接过来,传统的IO编程模型要开万个线程来应对,还要注意,socket会关闭打开,一万个线程要不断的关闭线程重建线程,资源都浪费在这上面了,我们算建立一个线程耗1M内存,1万个线程机器至少要10G内存,这在IA-32的机器架构下基本是不可能的(要开PAE),现在x64架构才有可能舒服点,要知道,这仅仅是粗略算的内存消耗。别的资源呢?
所以,高性能的网络编程(即IO编程)。
第一,需要松绑IO连接和应用程序线程的对应关系,这就是非阻塞(nonblocking)、异步(asynchronous)的要求的由来(构造一个线程池,epoll监控到有数的fd,把fd传入线程池,由这些worker thread来读写io)。
第二,需要高性能的OS对IO设备可读写(数据来了)的通知方式:从level-triggered notification到edge-triggered notification。
4.Linux的I/O选择
Linux内核的AIO机制屡被吐槽,Java AIO或者鸡肋?Netty4的beta3加了AIO了,但是到beta9又被去了,作者的意思是测试下来AIO性能不如NIO,所以没必要用。
AIO在Linux环境下的应用是否真的不如人意,其适用场景是什么,这些本人还没有深入研究和做实验对比。而大量实践证明,Netty框架能达到很高的I/O性能,能在linux让应用和OS取得最高效率的沟通,它主要是基于NIO,Linux下使用的是epoll+edge-triggered notification。
参考资料:
Java BIO、NIO、AIO 学习
高性能网络服务器编程:为什么linux下epoll是最好,Netty要比NIO.2好?
Java nio 2.0 AIO
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