Netty学习（一）：各种 IO 模型的基本介绍

在学习Netty之前首先要了解Java中I/O的一些基本概念。

1.同步与异步、阻塞和非阻塞

Java 中的 BIO、NIO和 AIO 理解为是 Java 语言对操作系统的各种 I/O 模型的封装。程序员在使用这些 API 的时候，不需要关心操作系统层面的知识，也不需要根据不同操作系统编写不同的代码。只需要使用Java的API就可以了。

在 BIO,NIO,AIO 之前先来了解一下：同步与异步，阻塞与非阻塞。

1.1.同步与异步

同步：同步就是发起一个调用后，被调用者未处理完请求之前，调用不返回。
异步：异步就是发起一个调用后，立刻得到被调用者的回应表示已接收到请求，但是被调用者并没有返回结果，此时我们可以处理其他的请求，被调用者通常依靠事件，回调等机制来通知调用者其返回结果。

同步和异步的区别最大在于异步的话调用者不需要等待处理结果，被调用者会通过回调等机制来通知调用者其返回结果。

1.2.阻塞和非阻塞

阻塞：阻塞就是发起一个请求，调用者一直等待请求结果返回，也就是当前线程会被挂起，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续。
非阻塞：非阻塞就是发起一个请求，调用者不用一直等着结果返回，可以先去干其他事情。

1.3.具体事例

小明在包子铺买包子的时候，包子恰好买完了，老板说现场给小明做，现在小明有以下几种选择：

在原地傻傻地等着，啥也不干（同步阻塞）,直到老板给他包子
小明先去旁边的超市逛逛，是不是回来看看包子做好没（同步非阻塞）
小明去旁边的网吧去上网聊天，等包子做好之后让老板通知他（异步非阻塞）

1.4.系统层面解读

参考链接：怎样理解阻塞非阻塞与同步异步的区别？

2. BIO、NIO和AIO

2.1.BIO (Blocking I/O)

同步阻塞I/O模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。

在JDK1.4出来之前，我们建立网络连接的时候采用BIO模式，需要先在服务端启动一个ServerSocket，然后在客户端启动Socket来对服务端进行通信，默认情况下服务端需要对每个请求建立一堆线程等待请求，而客户端发送请求后，先咨询服务端是否有线程相应，如果没有则会一直等待或者遭到拒绝请求，如果有的话，客户端会线程会等待请求结束后才继续执行。

BIO模型

在 Java 中，线程的实现是比较重量级的，所以线程的启动或者销毁是很消耗服务器的资源的，即使使用线程池来实现，使用上述传统的 Socket 方式，当连接数极具上升也会带来性能瓶颈，原因是线程的上线文切换开销会在高并发的时候体现的很明显，并且以上操作方式还是同步阻塞式的编程，性能问题在高并发的时候就会体现的尤为明显。

2.2.NIO (New I/O 或 Non-blocking I/O)

NIO是一种同步非阻塞的I/O模型，在Java 1.4 中引入了NIO框架，对应 java.nio 包，提供了 Channel , Selector，Buffer等抽象。

NIO模型

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。

NIO 包含下面几个核心的组件：

Channel(通道)
Buffer(缓冲区)
Selector(选择器)

2.2.1 NIO的特性/NIO与IO区别

Non-blocking IO（非阻塞IO）
IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的。
Java NIO使我们可以进行非阻塞IO操作。比如说，单线程中从通道读取数据到buffer，同时可以继续做别的事情，当数据读取到buffer中后，线程再继续处理数据。写数据也是一样的。另外，非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。
Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用 read() 或 write()
时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了
1. Buffer(缓冲区)
  IO 面向流(Stream oriented)，而 NIO 面向缓冲区(Buffer oriented)。
  Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者要读出的数据。在NIO类库中加入Buffer对象，体现了新库与原I/O的一个重要区别。在面向流的I/O中·可以将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中。虽然 Stream 中也有 Buffer 开头的扩展类，但只是流的包装类，还是从流读到缓冲区，而 NIO 却是直接读到 Buffer 中进行操作。
  在NIO厍中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的; 在写入数据时，写入到缓冲区中。任何时候访问NIO中的数据，都是通过缓冲区进行操作。
  最常用的缓冲区是 ByteBuffer,一个 ByteBuffer 提供了一组功能用于操作 byte 数组。除了ByteBuffer,还有其他的一些缓冲区，事实上，每一种Java基本类型（除了Boolean类型）都对应有一种缓冲区。
2. Channel (通道)
  NIO 通过Channel（通道）进行读写。
  通道是双向的，可读也可写，而流的读写是单向的。无论读写，通道只能和Buffer交互。因为 Buffer，通道可以异步地读写。
3. Selectors(选择器)
  NIO有选择器，而IO没有。
  选择器用于使用单个线程处理多个通道。因此，它需要较少的线程来处理这些通道。线程之间的切换对于操作系统来说是昂贵的。因此，为了提高系统效率选择器是有用的。

2.2.2.NIO 读数据和写数据方式

通常来说NIO中的所有IO都是从 Channel（通道）开始的。

从通道进行数据读取：创建一个缓冲区，然后请求通道读取数据。
从通道进行数据写入：创建一个缓冲区，填充数据，并要求通道写入数据。

数据读取和写入操作图示：

2.3.AIO

AIO 也就是 NIO 2。在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步非阻塞的IO模型。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

查阅网上相关资料，我发现就目前来说 AIO 的应用还不是很广泛，Netty 之前也尝试使用过 AIO，不过又放弃了。

参考文献：

https://blog.csdn.net/m0_38109046/article/details/89449305
https://www.imooc.com/article/265871

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