常見JAVA中IO/NIO模型有哪些

常見JAVA中IO/NIO模型有哪些？很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

 我們常見的IO模型有：阻塞 IO 模型、非阻塞 IO 模型、多路復(fù)用 IO 模型、 信號驅(qū)動 IO 模型、異步 IO 模型；下面我們就簡單介紹一下以上IO模型。

1、阻塞 IO 模型

最傳統(tǒng)的一種IO 模型，即在讀寫數(shù)據(jù)過程中會發(fā)生阻塞現(xiàn)象。當(dāng)用戶線程發(fā)出IO 請求之后，內(nèi)核會去查看數(shù)據(jù)是否就緒，如果沒有就緒就會等待數(shù)據(jù)就緒，而用戶線程就會處于阻塞狀態(tài)，用戶線程交出CPU。當(dāng)數(shù)據(jù)就緒之后，內(nèi)核會將數(shù)據(jù)拷貝到用戶線程，并返回結(jié)果給用戶線程，用戶線程才解除block 狀態(tài)。典型的阻塞IO 模型的例子為：data = socket.read();如果數(shù)據(jù)沒有就緒，就會一直阻塞在read 方法。

2、非阻塞 IO 模型

當(dāng)用戶線程發(fā)起一個read 操作后，并不需要等待，而是馬上就得到了一個結(jié)果。如果結(jié)果是一個error 時，它就知道數(shù)據(jù)還沒有準(zhǔn)備好，于是它可以再次發(fā)送read 操作。一旦內(nèi)核中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，并且又再次收到了用戶線程的請求，那么它馬上就將數(shù)據(jù)拷貝到了用戶線程，然后返回。所以事實上，在非阻塞IO 模型中，用戶線程需要不斷地詢問內(nèi)核數(shù)據(jù)是否就緒，也就說非阻塞IO不會交出CPU，而會一直占用CPU。典型的非阻塞IO 模型一般如下：

while(true){
        data = socket.read();
        if(data!= error){
        處理數(shù)據(jù)
        break;
    }
}

但是對于非阻塞IO 就有一個非常嚴(yán)重的問題，在while 循環(huán)中需要不斷地去詢問內(nèi)核數(shù)據(jù)是否就緒，這樣會導(dǎo)致CPU 占用率非常高，因此一般情況下很少使用while 循環(huán)這種方式來讀取數(shù)據(jù)。

3、多路復(fù)用 IO 模型

多路復(fù)用IO 模型是目前使用得比較多的模型。

Java NIO 實際上就是多路復(fù)用IO。在多路復(fù)用IO模型中，會有一個線程不斷去輪詢多個socket 的狀態(tài)，只有當(dāng)socket 真正有讀寫事件時，才真正調(diào)用實際的IO 讀寫操作。

因為在多路復(fù)用IO 模型中，只需要使用一個線程就可以管理多個socket，系統(tǒng)不需要建立新的進(jìn)程或者線程，也不必維護(hù)這些線程和進(jìn)程，并且只有在真正有socket 讀寫事件進(jìn)行時，才會使用IO 資源，所以它大大減少了資源占用。

在Java NIO 中，是通過selector.select()去查詢每個通道是否有到達(dá)事件，如果沒有事件，則一直阻塞在那里，因此這種方式會導(dǎo)致用戶線程的阻塞。

多路復(fù)用IO 模式，通過一個線程就可以管理多個socket，只有當(dāng)socket 真正有讀寫事件發(fā)生才會占用資源來進(jìn)行實際的讀寫操作。因此，多路復(fù)用IO 比較適合連接數(shù)比較多的情況。

另外多路復(fù)用IO 為何比非阻塞IO 模型的效率高是因為在非阻塞IO 中，不斷地詢問socket 狀態(tài)時通過用戶線程去進(jìn)行的，而在多路復(fù)用IO 中，輪詢每個socket 狀態(tài)是內(nèi)核在進(jìn)行的，這個效率要比用戶線程要高的多。

不過要注意的是，多路復(fù)用IO 模型是通過輪詢的方式來檢測是否有事件到達(dá)，并且對到達(dá)的事件逐一進(jìn)行響應(yīng)。因此對于多路復(fù)用IO 模型來說，一旦事件響應(yīng)體很大，那么就會導(dǎo)致后續(xù)的事件遲遲得不到處理，并且會影響新的事件輪詢。

4、信號驅(qū)動 IO 模型

在信號驅(qū)動IO 模型中，當(dāng)用戶線程發(fā)起一個IO 請求操作，會給對應(yīng)的socket 注冊一個信號函數(shù)，然后用戶線程會繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)內(nèi)核數(shù)據(jù)就緒時會發(fā)送一個信號給用戶線程，用戶線程接收到信號之后，便在信號函數(shù)中調(diào)用IO 讀寫操作來進(jìn)行實際的IO 請求操作。

5、異步 IO 模型

異步IO 模型才是最理想的IO 模型，在異步IO 模型中，當(dāng)用戶線程發(fā)起read 操作之后，立刻就可以開始去做其它的事。

而另一方面，從內(nèi)核的角度，當(dāng)它受到一個asynchronous read 之后，它會立刻返回，說明read 請求已經(jīng)成功發(fā)起了，因此不會對用戶線程產(chǎn)生任何block。

然后，內(nèi)核會等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成，然后將數(shù)據(jù)拷貝到用戶線程，當(dāng)這一切都完成之后，內(nèi)核會給用戶線程發(fā)送一個信號，告訴它read 操作完成了。也就說用戶線程完全不需要實際的整個IO 操作是如何進(jìn)行的，只需要先發(fā)起一個請求，當(dāng)接收內(nèi)核返回的成功信號時表示IO 操作已經(jīng)完成，可以直接去使用數(shù)據(jù)了。

也就說在異步IO 模型中，IO 操作的兩個階段都不會阻塞用戶線程，這兩個階段都是由內(nèi)核自動完成，然后發(fā)送一個信號告知用戶線程操作已完成。用戶線程中不需要再次調(diào)用IO 函數(shù)進(jìn)行具體的讀寫。

這點是和信號驅(qū)動模型有所不同的，在信號驅(qū)動模型中，當(dāng)用戶線程接收到信號表示數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒，然后需要用戶線程調(diào)用IO 函數(shù)進(jìn)行實際的讀寫操作；而在異步IO 模型中，收到信號表示IO 操作已經(jīng)完成，不需要再在用戶線程中調(diào)用IO 函數(shù)進(jìn)行實際的讀寫操作。

注意，異步IO 是需要操作系統(tǒng)的底層支持，在Java 7 中，提供了Asynchronous IO。

看完上述內(nèi)容是否對您有幫助呢？如果還想對相關(guān)知識有進(jìn)一步的了解或閱讀更多相關(guān)文章，請關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝您對億速云的支持。