题目

本期要说的是《2020年Java面试208题》的第15题，面试官提了这样一个问题：

请说说BIO NIO AIO的区别？

知识点剖析

* IO是什么

用中国话说，IO =输入/输出

英文全写，IO = in/out

从表现上来看，IO =读写文件，微信发消息，网上看电影，键盘信号，信息显示在显示器上，这些都是基于输入输出的。

从技术核心来说，IO =一个个的字节从一个地方进入内存，或者从内存传到另一个地方。

IO的中心是内存，是针对内存的方向说的in(入)，针对内存的方向说的out(出)

IO基本来说做计算机的人都能理解这个是啥东西，哪里会用到这个。但做软件开发的就需要从原理、模型、性能方面来理解，具体到最后还得会写程序，这个就比较复杂了。我这里不说怎么写程序，只说模型和原理，希望帮助你理解IO和三代IO是怎么回事，原理理解了，到具体写代码的时候就很简单了。

* BIO的模型和原理

BIO的英文全称是Block IO，就是阻塞式IO

这是最原始的模型，这个模型的特点就是同步+阻塞，结果就是高并发下性能很差。

举个聊天服务器的例子：

聊天服务器端，有一个线程充当看门老头儿的角色，等着有新用户创建聊天连接请求，他啥也不干，就等着有新用户来了做接待工作。

新用户来了，这个门房老头线程把这个请求连接创建好，然后交个另一个处理聊天业务的线程为新用户服务，这时候门房老头继续等着新用户上门。

接下来说负责这个用户服务的线程，只能负责一个连接请求。也就是有一个用户要聊天就有一个业务线程创建出来了。如果有100个用户进来了，就得创建100个业务线程。

这种模型下，有一个只负责接待的线程，就是那个门房老头，他是阻塞的，也是同步的。

每个处理聊天业务的线程也是阻塞的，也是同步的。

* BIO的优点

这种模型的结构简单，一看就明白，也好理解。

* BIO存在的问题

问题是一旦聊天的用户多了，线程就会蹭蹭的增加，线程的效率太低了，这个模型结构处理高并发的业务就会出问题。

* NIO的模型和原理

在JDK1.5就推出了一个新的IO叫NIO，有人称其为New IO，我更愿意称其为NonBlock IO。

目的就是解决BIO的高并发性能问题。

如何实现的呢？这个就要从设计模式来解释了。NIO采用了Reactor的设计模式，这个Reactor中最牛的地方是提供了一个Selector和一个Dispacher，Selector是负责监听流事件的，Dispatcher负责将事件消息内容分发给具体的方法来处理。这俩兄弟配合到一起，扮演了收发室老头的工作。收发室老头儿负责接收信件(Selector)，并把信件送到各科室(Dispatcher)。

这种模式下带来的最大的改善，不需要每个通信连接由一个单独的线程来处理了，在消息内容分发后，调用的业务处理程序可以都在一个线程中执行，然后减少了线程创建和线程切换的花销，从而大大提升了程序性能。

那么我们可能把BIO改造一下，也实现高并发不？其实也不是不可能，比如Http请求，每次请求有大量的连接，一个图片是一个连接、一个css也是一个连接，一个js文件也是一个连接，说明一下，我们不考虑http2.0对连接复用的机制，只基于简化的http模型来说明这个问题。但其实我们可以发现，http的每次请求在服务端处理的时间都很短，这样我们可以采用线程池的概念，启动若干个线程放到线程池，每个http请求都是一个任务，创建一个任务然后看看线程池里面有没有闲的线程，如果有的话就直接复用闲置的线程，没有空闲线程的话可以把任务放入队列，也可以创建新线程，这些是线程池的不同策略。从而实现线程的复用。因为BIO核心的问题并不是单任务性能差，而是高并发会出现线程创建和线程切换的花销。

当然，依旧是NIO更牛，因为NIO是从操作系统层实现的，我们自己写优化的话，一定不如NIO的性能好。

* NIO存在的问题

NIO这么牛了，是不是就是终极解决方案了？其实也不是。NIO也存在问题，因为NIO的方式是在一个线程中处理多个业务请求，从而降低多线程创建和切换造成的时间和资源的消耗，但我们知道线程中的程序只能有一个执行，不可能两个方法都执行，别说俩方法了，两行代码也得一行执行完了另一行执行。那么如果NIO的一个消息处理时间比较长，就会造成麻烦了，其他的消息都干不了活了。

NIO模型存在这个问题，是不是一听感觉麻烦大了？其实也不是，因为NIO适合的场景是每个消息处理时间都不长的情景，这种情景下性能极高。曾经有过在windows下写的电信行业的业务处理模块，每秒30万条的消息，几百兆大小，跑起来CPU也就20%左右的使用率。

所以NIO是没办法处理每个消息的处理时间太长的业务。这可怎么办呢？多线程解决嘛，也可以将NIO的业务处理放到多个任务里面，然后放到线程池来处理，这样一个线程处理时间长，不会影响另一个线程。如此一来，世界美丽，回头看看，似乎跟BIO的优化方案差不多，这多线程池似乎是一切高并发IO问题的终极解决办法啊。

这就引出了AIO。

* AIO的模型和原理

AIO的模型核心就是在NIO的基础上增加了一个线程池，每个消息的处理交给一个线程来处理，这个线程池谁维护的？操作系统维护的，那是计算机里面的终极大BOSS，一定比我们自己写的线程池方案要优秀的多。

当然AIO不仅仅是这些优化，在数据流接收和分发机制方面都做了优化，不过，这些都不是核心最优秀的特性，我们这里不做过多评估。

AIO的设计模型是基于Proactor，这个又涉及到设计模式，这个设计模式是啥意思呢？Proactor模式的思想是有消息了，消息通道帮我接收好，全部收好后通知我，我取了消息后通知业务代码来处理消息。这里我们看看，Proactor在中间需要处理的工作很轻量，收消息他不操心，消息都收好了他才得到通知去取消息，他取了消息后并不做复杂的处理，只是通知业务代码去处理消息，在这个过程中，Proactor处理的工作量很轻。事实上，从代码层分析AIO也比BIO和NIO简单。Proactor像是一个甩手掌柜，负责指挥干活，但自己啥事儿不干。

因此总结一下就是AIO一切都是非阻塞的事件来驱动的，然后所有的业务处理都是异步的，因为业务都是在线程池中执行的。并且，所有这些都是在操作系统级别处理的，性能及其优秀。

*三者的使用场景的比较

BIO适合处理低并发的IO通信。

NIO适合处理高并发，但每个并发执行时间很短的IO通信。

AIO适合处理高并发，且每个并发执行时间都较长的IO通信。

BIO是同步阻塞的

NIO是同步非阻塞的

AIO是异步非阻塞的

演示面试

基本概念说完了，我就开始做演示面试：

你好，面试官。

BIO全称是Block IO，是同步阻塞的，这个模型结构最简单，最容易理解。

NIO是NonBlock IO，是同步非阻塞的，NIO的模型是Reactor的。

AIO是异步非阻塞的，AIO的模型是Proactor的。

NIO中引入了通道、缓冲区和Selector，通道对应BIO的流，缓冲区对应BIO中的自定义byte数组，Selector作为事件选择器，将消息分发给不同的处理代码去处理。

NIO可以将多连接的任务放在一个线程下完成。

AIO中继续使用NIO的通道、缓冲区的概念，在消息分发的方式上采用了事件和回调的方式实现，从而达到极其高效的消息响应效率，和极低的资源消耗。

AIO基于线程池的思路实现了任务的异步，这些都是基于操作系统实现的。

NIO和AIO在底层都是基于操作系统的select/poll/epoll，在windows下基于ICOP，性能非常优秀。

=========================================================

以上就是我的演示面试，不知道是否让你满意。

下期再见

我们下期再见。

015-BIO AIO NIO的区别