BIO、NIO、AIO详解
一、基础概念: 阻塞/非阻塞、同步/异步
1.1 阻塞/非阻塞和同步/异步这两个概念的区别
1.1.1 他们不是一回事，是两个不同维度
| 概念 | 讨论的层面 | 问题核心 |
|---|---|---|
| 阻塞/非阻塞 | 线程等待状态 | 当线程发起I/O操作时，是“停下来等结果”，还是“立刻返回自己干别的” |
| 同步/异步 | 结果通知方式 | 谁负责通知I/O操作完成？是自己主动去取，还是系统回调告诉你 |
可以这么理解:
- “阻塞/非阻塞”->线程等不等
- “同步/异步”->结果谁来告诉你
两者的本质区别总结一句话: "阻塞/非阻塞"关注的是线程是否空等，“同步/异步”关注的是I/O完成后通知的方式。
1.1.2 一个生活例子: 点外卖 🍔
我们用“点外卖”的例子讲这四种组合：
①同步阻塞(最传统的方式)
你打电话点外卖 → 然后就在家门口等着，直到外卖送到，什么都不干。
- 线程: 等待中(被阻塞)
- 结果通知: 靠你自己等
- 举例: Java的BIO模型
# 类比
read() // 没数据？我就一直等...
②同步非阻塞
你打电话点外卖 → 然后每隔一会儿跑去门口看看外卖到了没。
- 线程: 没有被阻塞（可以做别的事）
- 结果通知: 仍然是你自己反复检查
- 举例: Java 的 NIO（Selector 轮询）
# 类比
while(true){if(channel.read(buffer) > 0){ // 终于有数据了！} else {// 没有数据，继续干别的}
}
③异步阻塞(理论上存在但不常用)
你打电话点外卖 → 外卖系统说“到了我会打你电话”，但你却一直拿着手机等电话（别的事也不做）。
- 线程: 阻塞（在等通知）
- 结果通知: 系统（外卖）回调告诉你
实际系统中不常用
④异步非阻塞(最现代、最高效)
你打电话点外卖 → 系统登记好 → 你继续干别的，外卖送到后系统自动发短信通知你“到了”。
- 线程: 不阻塞
- 结果通知: 系统主动回调
- 举例: Java AIO（异步通道回调 CompletionHandler）
# 类比
channel.read(buffer, attachment, new CompletionHandler<Integer, Object>() {@Overridepublic void completed(Integer result, Object attachment) {// 有数据可读了！系统通知我来处理}
});
二、三种I/O模型概述
2.1 BIO(同步阻塞IO)
BIO（Blocking I/O）：指的是当线程执行 I/O 操作时，如果数据没准备好，就会一直等待，直到数据可用或发生异常才返回。
在 Java 网络编程中，BIO 典型表现就是：
一个连接对应一个线程，读写操作会阻塞线程。
2.2 NIO(同步非阻塞IO/多路复用IO)
目的是：让一个线程能同时管理多个连接，实现高并发的网络通信。
与BIO的明显区别是，发起第一次请求后，线程并没有被阻塞，它反复检查数据是否准备好，把原来大块不能用的阻塞时间分成了许多“小阻塞”(检查)，所以进程不断有机会被执行。这个检查有没有准备好数据的过程有点类似于“轮询”。
核心组件:
- Channel：类似传统 I/O 的流，但支持非阻塞操作
- Buffer：用于数据的读写中转
- Selector（选择器）：核心机制，将多个 Channel 注册到一个 Selector 上，由它监控这些通道的 I/O 事件
IO多路复用
NIO 是上层 API 框架，是 Java 对这种能力的封装；NIO 的 Selector 就是“多路复用器”，本质上就是在调用 select / epoll。
- select： 注册事件由数组管理, 数组是有长度的, 32位机上限1024， 64位机上限2048。轮询查找时需要遍历数组。
- poll：把select的数组采用链表实现，因此没了最大数量的限制
- epoll方式：基于事件回调机制，回调时直接通知进程，无须使用某种方式来查看状态。
2.3 AIO(异步非阻塞IO)
核心思想: 应用线程发起 I/O 操作后立即返回，由操作系统在操作完成时自动通知应用（回调）。
也就是说：
线程发起 I/O 请求后不用自己轮询、也不会阻塞，当数据准备好（或者写完）时，系统会调用回调函数 CompletionHandler 来处理结果。
