趣解NIO和IO的区别

故事的背景:

有一个动物园,动物园里面有狮子,老虎,猴子等动物,他们每天定期来吃不同的水果,而这些水果要由动物园管理员到货场领取分配。

IO

我们知道,在使用IO的时候往往可以在服务器端使用多线程或者线程池来处理并发请求,这也叫伪异步,那么故事开始了:
在货场里有五个动物园管理员等待水果货车的到来,他们一直在等待,如果货车不来他们也要死等,直到货车的到来,这时候货车来了,每个管理员都领了一份水果去寻找动物,管理员A来到狮子旁边,给狮子一份苹果,狮子开始吃,中途吃累了,休息了一会儿继续吃,这时候管理员A就一直等着狮子吃完,再回去拿水果去另一个动物那里。五个管理员都是这样做的。

NIO

Java NIO是在jdk1.4开始使用的,它既可以说成“新IO”,也可以说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理:

由一个专门的线程来处理所有的IO事件,并负责分发。
事件驱动机制:事件到的时候触发,而不是同步的去监视事件。
线程通讯:线程之间通过wait,notify等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。

那么故事开始了:动物园里,有一个管理员他先去了解动物们都喜欢吃什么样的水果并做了一个登记,然后去货场看一看货车有没有到来,如果没有来他就回去继续干别的事,就这样每隔一段时间就去货场看一下。这时候货车来了,他叫来另外五个管理员并告诉管理员哪些动物喜欢吃哪些水果,管理员们分类取不同的水果,然后各自去找动物们分发水果,还是管理员A,来到狮子旁边把它喜欢吃的苹果给它吃,狮子吃的比较慢,这时候管理员A说,你先吃着,我给其他动物送水果,我一会儿再来取水果盘子,这时候管理员A回去取来香焦继续猴子送去,在猴子吃香焦累了休息的时候,管理员A来找狮子拿回水果盘子,再去找猴子拿回水果盘子。

不知道大家在看完这二个小故事之后有没有理解NIO和IO,那么在下次分享的时候,咱们将正式进入NIO原理及源码的分享,谢谢大家。

概念

  • 异步:某个事情需要10s完成。而我只需要调用某个函数告诉xxx来帮我做(然后我再干其他的事情)
  • 同步:某个事情需要10s完成,我需要一直等它完成(等10s),再能继续后面的工作。
  • 阻塞:做某件事情,直到完成,除非超时
  • 非阻塞:尝试做,如果不能做,就不做(直接返回),如果能做,就做。

前两者和后两者不容易区分,不过前两者更多的有涉及到多线程交互(消息)的场景。

举个例子

小李喝了想喝水,于是去煮开水。
1、小李把水壶放到炉子上,等待水烧开。(同步阻塞)
小李感觉这样太费时间。

2、小李把水壶放到炉子上,去客厅看电视,时不时去厨房看看水开没有。(同步非阻塞)
小李还是觉得自己这样太累,于是买了把会响笛的那种水壶。水开之后,能发出声音。

3、小李把响水壶放到炉子上,等待水壶发出声音。(异步阻塞)
觉得这样傻等意义不大

5、小李把响水壶放到炉子上,去客厅看电视,水壶响之前不再去看它了,响了再去拿壶。(异步非阻塞)
这样真好。

深入理解

阻塞就是 recv/read的时候 socket接收缓冲区要是有数据就读, 没数据我就一直睡觉赖着不走,直到有数据来了读完我才走。send/write的时候,要是发送缓冲区满了,没有空间继续发送了我也一直睡觉赖着不走,直到发送缓冲区腾出足够的空间让我把数据全部塞到发送缓冲区里我才走。(当然如果你通过setsockopt设置了读写超时,超时时间到了还是会返回-1和EAGAIN,不再睡觉等待)

非阻塞就是recv/read的时候,要是接收缓冲区有数据我就读完,没有数据我直接带着返回的-1和EGAIN走人,绝不睡觉等待耽误时间。write/send的时候, 要是发送缓冲区有足够的空间,就立刻把数据塞到发送缓冲区去,然后走人,如果发送缓存区满了,空间不足,那直接带着返回的-1和EAGAIN走人。

至于IO多路复用,首先要理解的是,操作系统为你提供了一个功能,当你的某个socket接收缓存区有数据可读,或者发送缓冲区有空间可写的时候,它可以给你一个通知。这样当配合非阻塞的socket使用时,只有当系统通知我哪个描述符可读了,我才去执行read操作,可以保证每次read都能读到有效数据而不做纯返回-1和EAGAIN的无用功。写操作类似。操作系统的这个功能通过select/poll/epoll之类的系统调用函数来使用,这些函数都可以同时监视多个描述符的读写就绪状况,这样,多个描述符的I/O操作都能在一个线程内完成,这就叫I/O多路复用,这里的“复用”指的是复用同一个线程。

至于事件驱动,其实是I/O多路复用的一个另外的称呼。

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