深入理解 BIO、NIO、AIO
目录
一、同步与非同步
二、阻塞与非阻塞
三、BIO（Blocking I/O，阻塞I/O）
四、NIO（Non-blocking I/O，非阻塞I/O）
五、AIO（Asynchronous I/O，异步I/O）
同步阻塞：烧水一直站旁边等到水开
同步非阻塞：烧上水后去做其他事，时不时去看一看水开没开
异步非阻塞：烧上水后去做其他事，直到听见水开的声音
一、同步与非同步
- 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。
二、阻塞与非阻塞
- 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。
三、BIO（Blocking I/O，阻塞I/O）
传统的 I/O 模型，所有操作都是阻塞的。当一个线程执行 I/O 操作（如读取数据）时，会一直阻塞直到数据准备完成或操作结束，期间无法进行其他任务。
通常采用一连接一线程的模式，即每个客户端连接都需要一个独立的线程来处理。
- 优点：实现简单，易于理解和编码。
- 缺点：资源消耗大，当并发量高时，会创建大量线程，导致系统开销剧增， scalability（可扩展性）差。
- 适用场景：并发量小、连接数少且固定的场景，如简单的本地文件操作或低并发的网络应用。
四、NIO（Non-blocking I/O，非阻塞I/O）
基于缓冲区（Buffer）、通道（Channel）和选择器（Selector）实现，操作是非阻塞的。线程在进行 I/O 操作时，如果数据未准备好，不会一直等待，而是可以去处理其他任务，稍后再检查操作是否完成。
采用多路复用模式，一个选择器可以监控多个通道的 I/O 事件（如连接请求、数据可读等），一个线程可以处理多个客户端连接。
- 优点：减少了线程数量，降低了系统资源消耗，提高了并发处理能力。
- 缺点：编程复杂度较高，需要处理缓冲区、通道和选择器之间的交互。
- 适用场景：高并发、I/O 密集型的场景，如服务器端的网络通信（如 Nginx 部分采用了类似 NIO 的思想）。
五、AIO（Asynchronous I/O，异步I/O）
完全异步的 I/O 模型，操作发起后，线程无需等待操作完成，而是继续执行其他任务，当 I/O 操作完成后，系统会通知线程（通过回调函数等方式）处理结果。
基于回调机制，当应用程序发起 I/O 操作后，内核会在操作完成后主动通知应用程序。
- 优点：进一步提升了系统的并发处理能力，线程利用率更高，无需像 NIO 那样主动轮询检查操作状态。
- 缺点：实现和理解难度较大，在一些场景下可能存在回调嵌套过深的问题。
- 适用场景：对响应时间要求高、并发量极大的场景，如高性能的服务器端应用、大数据处理等。