面试常问：BIO，NIO，AIO

概念解释

Java 中的 BIO、NIO 和 AIO 理解为是 Java 语言对操作系统的各种 IO 模型的封装。程序员在使用这些 API 的时候，不需要关心操作系统层面的知识，也不需要根据不同操作系统编写不同的代码。只需要使用Java的API就可以了。

BIO属于同步阻塞IO，（Blocking I/O）
NIO属于同步非阻塞IO，（Non-blocking IO）
AIO属于异步非阻塞IO，（Asynchronous I/O）

1. BIO

BIO是典型的一请求一应答通信模型，也叫做每连接每线程。socket的三个函数socket.accept()、socket.read()、socket.write()都是同步阻塞的，当一个连接在处理I/O的时候，系统是阻塞的，处理完一个I/O才能处理另一个I/O。因为进程阻塞时是不占用CPU的，如果是单线程的话，CPU必然存在很多空闲，会使得系统效率很低。

这时候，为了充分利用空闲的CPU，并且可以同时处理多个I/O请求，可以使用多线程。但是多线程也会带来新的问题：

大量的线程创建和销毁，会消耗CPU资源
无限制地创建线程，当并发量大时，会耗尽服务器的资源，可能导致服务其宕机或崩溃

为此，可以使用线程池来进行优化。现在的多线程一般都使用线程池，可以让线程的创建和回收成本相对较低。在活动连接数不是特别高（小于单机1000）的情况下，这种模型是比较不错的，可以让每一个连接专注于自己的I/O并且编程模型简单，也不用过多考虑系统的过载、限流等问题。线程池本身就是一个天然的漏斗，可以缓冲一些系统处理不了的连接或请求。

但是，即使使用了线程池，此模型还是严重依赖于线程，但是线程是很宝贵的资源，主要体现在

线程的创建和销毁成本很高，在Linux这样的操作系统中，线程本质上就是一个进程。创建和销毁都是重量级的系统函数。
线程本身占用较大内存，像Java的线程栈，一般至少分配512K～1M的空间，如果系统中的线程数过千，恐怕整个JVM的内存都会被吃掉一半。
线程的切换成本是很高的。操作系统发生线程切换的时候，需要保留线程的上下文，然后执行系统调用。如果线程数过高，可能执行线程切换的时间甚至会大于线程执行的时间，这时候带来的表现往往是系统load偏高、CPU sy使用率特别高（超过20%以上)，导致系统几乎陷入不可用的状态。

线程池+任务队列实现+阻塞I/O可以实现一种叫做伪异步的I/O通信框架，它的模型图如下图所示。

将客户端的 Socket 封装成一个Task（该任务实现java.lang.Runnable接口）投递到后端的线程池中进行处理，JDK 的线程池维护一个任务队列和 N 个活跃线程，对任务队列中的任务进行处理。由于线程池可以设置任务队列的大小和最大线程数，因此，它的资源占用是可控的，无论多少个客户端并发访问，都不会导致资源的耗尽和宕机。

伪异步I/O通信框架采用了线程池实现，因此避免了为每个请求都创建一个独立线程造成的线程资源耗尽问题。不过因为它的底层任然是同步阻塞的BIO模型，因此无法从根本上解决问题。是想线程池设置的最大线程数是1000，当活跃连接数不是很高时候，还可以轻松应付；但是当活跃连接数达到十万甚至百万，你这1000个线程全部上阵，也无济于事呀，最后导致的大量用户请求超时，用户们悻悻而退。用户体验可想而知，造成的直接经济损失以及口碑损失可想而知。所以，对于低负载、低并发的应用程序，可以使用BIO来提升开发速率、更易于维护。对于高负载、高并发的网络应用，BIO是无能为力的。

2. NIO

NIO是一种同步非阻塞的I/O模型，在Java 1.4 中引入了NIO框架，对应 java.nio 包，提供了 Channel，Selector，Buffer等对象。NIO是基于I/O多路复用实现的，使用一个或者很少的线程就能处理大量的客户端连接请求。

NIO的缺点是类库及API繁杂，编程难度大；Java的NIO是基于epoll实现的，存在一个广为诟病的epoll bug，它会导致Selector空轮询，最终导致CPU100%。项目庞大之后，自行实现的 NIO 很容易出现各类 bug，因此大家不愿意使用Java原生的NIO类库进行开发。Netty是业界最流行的NIO框架之一。

3. AIO

AIO 也就是 NIO 2。在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2.0，它是异步非阻塞的IO模型。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。具体可以去了解五种IO模型中的异步I/O模型。

4.对比总结

参考文献

Java面试常考的 BIO，NIO，AIO 总结

Java NIO浅析