Java新一代網絡程式設計模型AIO原理

推薦：​​Java網絡程式設計彙總​​

Java新一代網絡程式設計模型AIO原理

前言

從JDK 1.7版本開始，Java新加入的檔案和網絡IO特性稱為NIO2(New IO2, 因為JDK1.4中已經有過一個NIO了)，包含了衆多性能和功能上的改進，其中最重要的部分，就是對異步IO的支援，稱為​

​Java AIO(Asynchronous IO)​

​。

因為AIO的實作需要充分調用OS，IO需要作業系統支援、并發也同樣需要作業系統的支援，是以性能方面不同作業系統差異會比較明顯。是以本文也附帶介紹了Linux 2.6及以後版本新增的AIO特性（因為這跟Java AIO是對應關系）。

Java AIO

基本原理

目前為止，Java共支援3種網絡程式設計模型：BIO、NIO、AIO：

• Java BIO ：同步阻塞，伺服器實作模式為一個連接配接一個線程，即用戶端有連接配接請求時伺服器端就需要啟動一個線程進行處理，如果這個連接配接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，當然可以通過線程池機制改善。
• Java NIO ：同步非阻塞，伺服器實作模式為一個請求一個線程，即用戶端發送的連接配接請求都會注冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到連接配接有I/O請求時才啟動一個線程進行處理。
• Java AIO(NIO 2) ：異步非阻塞，伺服器實作模式為一個有效請求一個線程，用戶端的I/O請求都是由OS先完成了再通知伺服器應用去啟動線程進行處理。

BIO、NIO、AIO适用場景分析:

• BIO方式适用于連接配接數目比較小且固定的架構，這種方式對伺服器資源要求比較高，并發局限于應用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程式直覺簡單易了解。
• NIO方式适用于連接配接數目多且連接配接比較短（輕操作）的架構，比如聊天伺服器，并發局限于應用中，程式設計比較複雜，JDK1.4開始支援。
• AIO方式使用于連接配接數目多且連接配接比較長（重操作）的架構，比如相冊伺服器，充分調用OS參與并發操作，程式設計比較複雜，JDK7開始支援。

AIO介紹

JDK在1.4版本的NIO中提供了對非阻塞多路複用同步IO模型的支援，但是在Windows上是基于較低效select/poll實作的。

JDK1.7中提供對AIO的支援後，帶來了兩方面的好處：

• Windows上可以使用​

  ​iocp​

  ​了。
• 簡化了網絡程式設計模型。異步IO相比較非阻塞多路複用模型更易了解，開發更為簡單。

和多路複用的Java NIO相比較，可以發現，異步IO是在資料讀取或者寫入調用已經完成的時候，再通知調用者，而非阻塞多路複用IO則是在有資料就緒，可以讀寫的時候通知調用者，讀寫仍然是由調用者執行，并且是阻塞的（這意味着如果要同時進行其他工作，要控制讀寫操作不能阻塞太長時間或者需要将其放去單獨的IO線程執行)。

JDK7中的Java AIO新增的類和接口主要有：

• ​

  ​AsynchronousServerSocketChannel​

  ​​ ，對應于BIO中的​

  ​ServerSocket​

  ​​和NIO中的​

  ​ServerSocketChannel​

  ​，用于server端的網絡程式。
• ​

  ​AsynchronousSocketChannel​

  ​​，對應于BIO中的​

  ​Socket​

  ​​和NIO中的​

  ​SocketChannel​

  ​，用于client端的網絡程式。
• ​

  ​CompletionHandler​

  ​​，​

  ​回調接口​

  ​​，在​

  ​socket​

  ​​進行​

  ​accept/connect/read/write​

  ​​等操作時，可以傳入一個​

  ​CompletionHandler​

  ​​的實作，操作執行完畢後，會調用注冊的​

  ​CompletionHandler​

  ​。

除了​

​CompletionHandler​

​​這種回調方式，AIO中還支援傳回​

​Future​

​​對象，使用​

​Future​

​來設定回調操作。

異步非阻塞 I/O（AIO）