【NIO】之IO和NIO的區別

在Java1.4之前的版本，Java對I/O的支持并不完善，開發人員在開發高性能I/O程序的時候，會面臨以下幾個問題：

1、沒有數據緩存區，I/O性能存在問題

2、沒有C/C++通道的概念，輸入和輸出流是相互獨立的不能復用

3、同步阻塞式I/O通信（BIO），造成線程資源被長時間阻塞(致命缺陷)

4、硬件可移植性差，支持的字符集編碼有限

根據UNIX網絡編程的概念，I/O模型有五種

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UNIX五種網絡I/O模型

在沒有JavaNIO之前呢，基于Java的所有的所有的Socket通信都采用了同步阻塞式模型（BIO）這種請求<->應答的通信模式降低了開發難度，但是在性能和可靠性方面存在巨大缺陷，因此大型應用服務器都是C/C++語言開發，因為他們可以直接操作系統提供的異步的I/O或者是AIO能力。當并發訪問量增大，響應時間延遲增大之后，采用JavaBIO開發的服務器只能通過硬件擴容來滿足高并發和低延時，極大增加了企業成本。

正是由于JavaBIO的不足，Java1.4版本之后提供了新的NIO庫，支持非阻塞式I/O操作。

JavaNIO提供了很多的異步I/O開發和API類庫，主要的類和接口如下：

進行異步I/O操作的緩存區ByteBuffer

進行異步I/O操作的管道Pipe

進行各種I/O操作（異步或者同步）的Channel，包括ServerSocketChannel和SocketChannel

多種字符集編碼能力和解碼能力

實現非阻塞I/O操作的選擇器Selector

基于流行Perl實現的正則表達式庫

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?了解NIO必須先了解幾個概念

什么是同步

什么是異步

什么是阻塞

什么是非阻塞

什么是同步阻塞

什么是同步非阻塞

什么是異步阻塞

什么是異步非阻塞

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技術語言解釋：

?同步：當一個進程去訪問另一個進程時，必須得到一個結果(指的是用戶進程觸發IO操作并等待或者輪詢的去查看IO操作是否就緒)

異步：當一個進行訪問另一個進程時時，不用立刻給結果，我會告訴你一個信息，你把結果放在這里，通知我即可（異步I/O就是Java將I/O讀寫操作委托給操作系統，告訴操作系統將數據放到哪個緩存區，數據大小）

阻塞：當一個進程去操作某個資源時發現這個資源不在或者暫時不可操作，那么這個進程就一直等，等可以操作

非阻塞：當進程發現沒有資源可操作的時候立刻返回讀寫函數，而不會等待

生活中的例子：

同步：比如電話好友，那么無論打通還是打不通，都會得到回應，（用戶接通了，用戶正在通話，用戶已關機等信息）

異步：比如叫餐，我們APP下單之后就可以做其他的事情，你只需要告訴地址，電話，食物到了送餐員會打電話通知你

阻塞：比如收費站堵車，這個就最能代表阻塞，你只能等著啥干不了

非阻塞：比如到銀行排隊辦理業務，那么我們會拿一張排號小票，就可以去做其他事情，到號就會叫你！

網上有一個例子

同步阻塞：到飯店吃飯點餐，在那里等著不停的問，菜好了嗎？菜好了嗎？

同步非阻塞：點完餐，直接去打球，不過你需要隔一段時間來問一次，菜好了嗎？

異步阻塞：菜做好飯店打電話給你讓你親自去拿。

異步非阻塞：菜做好，飯店直接送到球場

所以我們歸納：

同步和異步是針對應用程序和內核的交互而言的，

1、同步指的是用戶進程觸發I/O操作并等待或者輪詢的去查看I/O操作是否就緒，

2、異步是指用戶進程觸發I/O操作以后便開始做自己的事情，而當I/O操作已經完成的時候會得到I/O完成的通知。

阻塞和非阻塞是針對于進程在訪問數據的時候，根據I/O操作的就緒狀態來采取的不同方式，說白了是一種讀取或者寫入操作函數的實現方式，

1、阻塞方式下讀取或者寫入函數將一直等待

2、而非阻塞方式下，讀取或者寫入函數會立即返回一個狀態值。?

所以,I/O操作可以分為3類：同步阻塞（即早期的I/O操作）、同步非阻塞（NIO）、異步（AIO）。?

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BIO

在JDK1.4之前，用Java編寫網絡請求，都是建立一個ServerSocket，然后，客戶端建立Socket時就會詢問是否有線程可以處理，如果沒有，要么等待，要么被拒絕。即：一個連接，要求Server對應一個處理線程。

NIO

在Java里的由來，在JDK1.4及以后版本中提供了一套API來專門操作非阻塞I/O，我們可以在java.nio包及其子包中找到相關的類和接口。由于這套API是JDK新提供的I/O API，因此，也叫New I/O，這就是包名nio的由來。這套API由三個主要的部分組成：緩沖區（Buffers）、通道（Channels）和非阻塞I/O的核心類組成。在理解NIO的時候，需要區分，說的是New I/O還是非阻塞IO,New I/O是Java的包，NIO是非阻塞IO概念。這里講的是后面一種。

NIO本身是基于事件驅動思想來完成的，其主要想解決的是BIO的大并發問題： 在使用同步I/O的網絡應用中，如果要同時處理多個客戶端請求，或是在客戶端要同時和多個服務器進行通訊，就必須使用多線程來處理。也就是說，將每一個客戶端請求分配給一個線程來單獨處理。這樣做雖然可以達到我們的要求，但同時又會帶來另外一個問題。由于每創建一個線程，就要為這個線程分配一定的內存空間（也叫工作存儲器），而且操作系統本身也對線程的總數有一定的限制。如果客戶端的請求過多，服務端程序可能會因為不堪重負而拒絕客戶端的請求，甚至服務器可能會因此而癱瘓。

NIO基于Reactor，當socket有流可讀或可寫入socket時，操作系統會相應的通知引用程序進行處理，應用再將流讀取到緩沖區或寫入操作系統。
也就是說，這個時候，已經不是一個連接就要對應一個處理線程了，而是有效的請求，對應一個線程，當連接沒有數據時，是沒有工作線程來處理的。

AIO

與NIO不同，當進行讀寫操作時，只須直接調用API的read或write方法即可。這兩種方法均為異步的，對于讀操作而言，當有流可讀取時，操作系統會將可讀的流傳入read方法的緩沖區，并通知應用程序；對于寫操作而言，當操作系統將write方法傳遞的流寫入完畢時，操作系統主動通知應用程序。
即可以理解為，read/write方法都是異步的，完成后會主動調用回調函數。
在JDK1.7中，這部分內容被稱作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四個異步通道：

AsynchronousSocketChannel
AsynchronousServerSocketChannel
AsynchronousFileChannel
AsynchronousDatagramChannel
其中的read/write方法，會返回一個帶回調函數的對象，當執行完讀取/寫入操作后，直接調用回調函數。

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