一.BIO与NIO以及AIO的概念
BIO是同步阻塞式的IO
NIO是同步非阻塞的IO （NIO1.0，JDK1.4）
AIO是非同步非阻塞的IO（NIO2.0，JDK1.7）
二.BIO简单分析
1.简单分析
BIO是阻塞的IO，原因在于accept和read会阻塞。所以单线程的BIO是无法处理并发的。
2.案例
服务端：
public class BioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {//在开发中不要直接抛出去，有可能出现异常导致连接未关闭
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9999));
byte[] b = new byte[1024];
StringBuilder sb = new StringBuilder();
System.out.println("服务端正在等待连接......");
Socket socketAccept = serverSocket.accept();//这里会阻塞
System.out.println("有客户端连接成功");
while (true){
System.out.println("等待消息......");
int read = socketAccept.getInputStream().read(b);//这里会阻塞
System.out.println("共读取了"+read+"个字节");
String str = new String(b);
sb.append(str);
System.out.println("读取的数据内容为: " + sb);
}
}
}
客户端：
public class BioClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9999));
while(true){
System.out.println("请输入内容");
String next = scanner.next();
socket.getOutputStream().write(next.getBytes());
}
}
}
测试如下：
3.多线程下的BIO
多线程的BIO是可以处理并发的，但频繁的创建线程，运行线程以及销毁线程无疑是非常消耗资源的（即便可以使用线程池限制线程数量，但海量并发时，BIO的方式效率相比于NIO还是太低了）
下面是一个多线程的BIO案例：
服务端：
public class BioServerMultiThread {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9999));
System.out.println("服务端正在等待连接......");
while (true){
Socket socketAccept = serverSocket.accept();//这里会阻塞
System.out.println("有客户端连接成功");
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try{
System.out.println("等待消息......");
String msg = "";
while (true){
byte[] b = new byte[1024];
int len = socketAccept.getInputStream().read(b);
if (len < 0){
continue;
}
msg = new String(b,0,len);
System.out.println(msg);
}
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
}
客户端(创建多个客户端，代码相同)：
public class BioClient1 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9999));
String className = "这是来自"+Thread.currentThread().getStackTrace()[1].getClassName()+"的消息";
while(true){
System.out.println("请输入内容");
String next = scanner.next();
socket.getOutputStream().write(className.getBytes());
socket.getOutputStream().write(next.getBytes());
}
}
}
测试如下：
三.NIO简单分析
NIO是非阻塞IO，其原因在于数据准备就绪后，由选择器通知给服务端，而在数据准备完毕之前，服务器无需等待。
1.缓冲区
在BIO操作中，所有的数据都是以流的形式操作的，而在NIO中，则都是使用缓冲区来操作。
NIO中的缓冲区是Buffer类，它是java.nio包下的一个抽象类，详情可以查看JDK的API文档，例如下图
打开Buffer类，可以看到如下图（其中带有的方法可以查看JDK文档）
2.直接缓冲区和非直接缓冲区
直接缓冲区是指将缓冲区建立在物理内存中，通过allocateDirect方法建立（效率高，但不安全）
非直接缓冲区是指将缓冲区建立在JVM中，通过allocate方法建立（效率低，但安全）
3.管道
管道是NIO中传输数据的桥梁，它是java.nio包下的一个接口，若需查看其详细信息可以参考JDK的API文档，例如下图
4.使用NIO实现文件拷贝两种方式案例
直接缓冲区的方式：
@Test
public void test1() throws IOException {
long statTime=System.currentTimeMillis();
//创建管道
FileChannel inChannel= FileChannel.open(Paths.get("E://test/aaa.txt"), StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel= FileChannel.open(Paths.get("E://test/bbb.txt"), StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);
//定义映射文件
MappedByteBuffer inMappedByte = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY,0, inChannel.size());
MappedByteBuffer outMappedByte = outChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE,0, inChannel.size());
//直接对缓冲区操作
byte[] dsf=new byte[inMappedByte.limit()];
inMappedByte.get(dsf);
outMappedByte.put(dsf);
inChannel.close();
outChannel.close();
long endTime=System.currentTimeMillis();
System.out.println("操作直接缓冲区耗时时间:"+(endTime-statTime));
}
非直接缓冲区的方式：
@Test
public void test2() throws IOException {
long statTime=System.currentTimeMillis();
// 读入流
FileInputStream fst = new FileInputStream("E://test/bbb.txt");
// 写入流
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E://test/ccc.txt");
// 创建通道
FileChannel inChannel = fst.getChannel();
FileChannel outChannel = fos.getChannel();
// 分配指定大小缓冲区
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
while (inChannel.read(buf) != -1) {
// 开启读取模式
buf.flip();
// 将数据写入到通道中
outChannel.write(buf);
buf.clear();
}
// 关闭通道 、关闭连接
inChannel.close();
outChannel.close();
fos.close();
fst.close();
long endTime=System.currentTimeMillis();
System.out.println("操作非直接缓冲区耗时时间:"+(endTime-statTime));
}
5.选择器(Selector)
它是Java NIO核心组件中的一个，用于检查一个或多个NIO Channel（通道）的状态是否处于可读、可写。如此可以实现单线程管理多个channels,也就是可以管理多个网络链接。使用Selector的好处在于： 使用更少的线程来就可以来处理通道了， 相比使用多个线程，避免了线程上下文切换带来的开销。详细用法可以参考JDK的API文档
NIO服务端实现同步非阻塞代码如下
public class NioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999));
ssc.configureBlocking(false);//设置成非阻塞模型
System.out.println("server started, listening on :" + ssc.getLocalAddress());
Selector selector = Selector.open();
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while(true) {
selector.select();
Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator();
while(it.hasNext()) {
SelectionKey key = it.next();
it.remove();
handle(key);
}
}
}
private static void handle(SelectionKey key) {
if(key.isAcceptable()) {
try {
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel sc = ssc.accept();
sc.configureBlocking(false);
sc.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ );
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
}
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel sc = null;
try {
sc = (SocketChannel)key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(512);
buffer.clear();
int len = sc.read(buffer);
if(len != -1) {
System.out.println(new String(buffer.array(), 0, len));
}
ByteBuffer bufferToWrite = ByteBuffer.wrap("HelloClient".getBytes());
sc.write(bufferToWrite);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(sc != null) {
try {
sc.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
}
四.AIO简单分析
AIO（NIO2.0）和 NIO的主要区别是前者是异步的，而后者是同步的。（NIO每隔一段时间用Selector轮询查看是否有事件发生，而AIO是在等有事件发生的时候，Selector通知服务端）
同步：
所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。也就是事情必须一件一件地做,等前一件做完了才能做下一件事。
异步：
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。
与NIO不同，当进行读写操作时，AIO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。
AIO服务端简单案例如下
public class Server {
public static void main(String[] args) throws Exception {
final AsynchronousServerSocketChannel serverChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open()
.bind(new InetSocketAddress(8888));
serverChannel.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel client, Object attachment) {
serverChannel.accept(null, this);
try {
System.out.println(client.getRemoteAddress());
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
client.read(buffer, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
attachment.flip();
System.out.println(new String(attachment.array(), 0, result));
client.write(ByteBuffer.wrap("HelloClient".getBytes()));
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
exc.printStackTrace();
}
});
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
exc.printStackTrace();
}
});
}
}