###前言
- I/O 模型简单的理解:就是用什么样的通道进行数据的发送和接收,很大程度上决定了程序通信的性能
- Java 共支持 3 种网络编程模型/IO 模式:BIO、NIO、AIO
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Java BIO : 同步并阻塞(传统阻塞型),服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有连接请求时服务器 端就需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销、BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,但程序简单易理解。
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同步非阻塞,服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接),即客户端发送的连接请求都会注 册到多路复用器上,多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理,NIO 方式适用于连接数目多且连接比较短(轻操作)的架构,比如聊天服务器,弹幕系统,服务器间通讯等。编程比较复杂,JDK1.4 开始支持。
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Java AIO(NIO.2) : 异步非阻塞,AIO 引入异步通道的概念,采用了 Proactor 模式,简化了程序编写,有效 的请求才启动线程,它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理,一般适用于连接数较 多且连接时间较长的应用。AIO 方式使用于连接数目多且连接比较长(重操作)的架构,比如相册服务器,充分调用 OS 参与并发操作,编程比较复杂,JDK7 开始支持。
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Java BIO 问题分析
- 每个请求都需要创建独立的线程,与对应的客户端进行数据 Read,业务处理,数据 Write 。
- 当并发数较大时,需要创建大量线程来处理连接,系统资源占用较大。
- 连接建立后,如果当前线程暂时没有数据可读,则线程就阻塞在 Read 操作上,造成线程资源浪费
nio介绍
- Java NIO 全称 java non-blocking IO,是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始,Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性,被统称为 NIO(即 New IO),是同步非阻塞的
- NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下,并且对原 java.io 包中的很多类进行改写。【基本案例】
- NIO 有三大核心部分:Channel(通道),**Buffer(缓冲区), Selector(**选择器)
Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系图:
- 每个channel都会对应一个Buffer
- Selector 对应一个线程, 一个线程对应多个 channel(连接)
- 该图反应了有三个channel注册到该selector//程序
- 程序切换到哪个channel是有事件决定的,Event就是一个重要的概念
- Selector 会根据不同的事件,在各个通道上切换
- Buffer 就是一个内存块 , 底层是有一个数组
- 数据的读取写入是通过Buffer,这个和BIO,BIO中要么是输入流,或者是输出流, 不能双向,但是 NIO 的 Buffer 是可以读也可以写, 需要 flip 方法切换 channel 是双向的, 可以返回底层操作系统的情况, 比如 Linux , 底层的操作系统通道就是双向的。
缓冲区(Buffer)
缓冲区(Buffer):缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块,可以理解成是一个容器对象**(含数组)**,该对象提供了一组方法,可以更轻松地使用内存块,,缓冲区对象内置了一些机制,能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道,但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer。
channel
NIO 的通道类似于流,但有些区别如下:
- 通道可以同时进行读写,而流只能读或者只能写
- 通道可以实现异步读写数据
- 通道可以从缓冲读数据,也可以写数据到缓冲:
- BIO 中的 stream 是单向的,例如 FileInputStream 对象只能进行读取数据的操作,而 NIO 中的通道(Channel) 是双向的,可以读操作,也可以写操作。
- Channel 在 NIO 中是一个接口
public interface Channel extends Closeable{}
- 常 用 的 Channel 类 有 : FileChannel 、 DatagramChannel 、 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 。 【ServerSocketChanne 类似 ServerSocket , SocketChannel 类似 Socket】
Selector 示意图和特点说明
- Java 的 NIO,用非阻塞的 IO 方式。可以用一个线程,处理多个的客户端连接,就会使用到 Selector(选择器)
- Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生(注意:多个 Channel 以事件的方式可以注册到同一个 Selector),如果有事件发生,便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管 理多个通道,也就是管理多个连接和请求。
- 只有在连接/通道真正有读写事件发生时,才会进行读写,就大大地减少了系统开销,并且不必为每个连接都 创建一个线程,不用去维护多个线程
- 避免了多线程之间的上下文切换导致的开销
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Netty 的 IO 线程 NioEventLoop 聚合了 Selector(选择器,也叫多路复用器),可以同时并发处理成百上千个客
户端连接。
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当线程从某客户端 Socket 通道进行读写数据时,若没有数据可用时,该线程可以进行其他任务。
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线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他通道上执行 IO 操作,所以单独的线程可以管理多个输入和输出
通道。
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由于读写操作都是非阻塞的,这就可以充分提升 IO 线程的运行效率,避免由于频繁 I/O 阻塞导致的线程挂
起。
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一个 I/O 线程可以并发处理 N 个客户端连接和读写操作,这从根本上解决了传统同步阻塞 I/O 一连接一线程模型,架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升。
最后
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作者:三不猴
链接:https://juejin.cn/post/6903923982504820744
最后
毕竟工作也这么久了 ,除了途虎一轮,也七七八八面试了不少大厂,像阿里、饿了么、美团、滴滴这些面试过程就不一一写在这篇文章上了。我会整理一份详细的面试过程及大家想知道的一些问题细节
美团面试经验
字节面试经验
菜鸟面试经验
蚂蚁金服面试经验
唯品会面试经验
因篇幅有限,图文无法详细发出,感兴趣的朋友可以点击这里前往我的腾讯文档免费获取上述资料!
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