操作系统 JVM

非阻塞IO和异步IO（NIO、AIO）

非阻塞 IO

说完了阻塞模式的使用及其缺点以后，我们这里就可以介绍非阻塞 IO 了。

非阻塞 IO 的核心在于使用一个 Selector 来管理多个通道，可以是 SocketChannel，也可以是 ServerSocketChannel，将各个通道注册到 Selector 上，指定监听的事件。

之后可以只用一个线程来轮询这个 Selector，看看上面是否有通道是准备好的，当通道准备好可读或可写，然后才去开始真正的读写，这样速度就很快了。我们就完全没有必要给每个通道都起一个线程。

NIO 中 Selector 是对底层操作系统实现的一个抽象，管理通道状态其实都是底层系统实现的，这里简单介绍下在不同系统下的实现。

select：上世纪 80 年代就实现了，它支持注册 FD_SETSIZE(1024) 个 socket，在那个年代肯定是够用的，不过现在嘛，肯定是不行了。

poll：1997 年，出现了 poll 作为 select 的替代者，最大的区别就是，poll 不再限制 socket 数量。

select 和 poll 都有一个共同的问题，那就是它们都只会告诉你有几个通道准备好了，但是不会告诉你具体是哪几个通道。所以，一旦知道有通道准备好以后，自己还是需要进行一次扫描，显然这个不太好，通道少的时候还行，一旦通道的数量是几十万个以上的时候，扫描一次的时间都很可观了，时间复杂度 O(n)。所以，后来才催生了以下实现。

epoll：2002 年随 Linux 内核 2.5.44 发布，epoll 能直接返回具体的准备好的通道，时间复杂度 O(1)。

除了 Linux 中的 epoll，2000 年 FreeBSD 出现了 Kqueue，还有就是，Solaris 中有 /dev/poll。

前面说了那么多实现，但是没有出现 Windows，Windows 平台的非阻塞 IO 使用 select，我们也不必觉得 Windows 很落后，在 Windows 中 IOCP 提供的异步 IO 是比较强大的。

我们回到 Selector，毕竟 JVM 就是这么一个屏蔽底层实现的平台，我们面向 Selector 编程就可以了。

异步 IO

More New IO，或称 NIO.2，随 JDK 1.7 发布，包括了引入异步 IO 接口和 Paths 等文件访问接口。

异步这个词，我想对于绝大多数开发者来说都很熟悉，很多场景下我们都会使用异步。

通常，我们会有一个线程池用于执行异步任务，提交任务的线程将任务提交到线程池就可以立马返回，不必等到任务真正完成。如果想要知道任务的执行结果，通常是通过传递一个回调函数的方式，任务结束后去调用这个函数。

同样的原理，Java 中的异步 IO 也是一样的，都是由一个线程池来负责执行任务，然后使用回调或自己去查询结果。

大部分开发者都知道为什么要这么设计了，这里再啰嗦一下。异步 IO 主要是为了控制线程数量，减少过多的线程带来的内存消耗和 CPU 在线程调度上的开销。

Unix/Linux 等系统中，JDK 使用了并发包中的线程池来管理任务，具体可以查看 AsynchronousChannelGroup 的源码。

在 Windows 操作系统中，提供了一个叫做 I/O Completion Ports 的方案，通常简称为 IOCP，操作系统负责管理线程池，其性能非常优异，所以在 Windows 中 JDK 直接采用了 IOCP 的支持，使用系统支持，把更多的操作信息暴露给操作系统，也使得操作系统能够对我们的 IO 进行一定程度的优化。

Linux 中其实也是有异步 IO 系统实现的，但是限制比较多，性能也一般，所以 JDK 采用了自建线程池的方式。

本文还是以实用为主，想要了解更多信息请自行查找其他资料，下面对 Java 异步 IO 进行实践性的介绍。

总共有三个类需要我们关注，分别是 AsynchronousSocketChannel，AsynchronousServerSocketChannel 和 AsynchronousFileChannel，只不过是在之前介绍的 FileChannel、SocketChannel 和 ServerSocketChannel 的类名上加了个前缀 Asynchronous。

Java 异步 IO 提供了两种使用方式，分别是返回 Future 实例和使用回调函数。

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NIO：同步非阻塞，java1.4中提供的新IO方式，NIO的三个主要组成部分：Channel（通道）、Buffer（缓冲区）、Selector（选择器）

Channel（通道）：Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。可以把它看做是IO中的流，不同的是：

Channel是双向的，既可以读又可以写，而流是单向的
Channel可以进行异步的读写
对Channel的读写必须通过buffer对象

在Java NIO中的Channel主要有如下几种类型：

FileChannel：从文件读取数据的
DatagramChannel：读写UDP网络协议数据
SocketChannel：读写TCP网络协议数据
ServerSocketChannel：可以监听TCP连接

Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者读到Stream对象的。应用程序不能直接对 Channel 进行读写操作，而必须通过 Buffer 来进行，即 Channel 是通过 Buffer 来读写数据的。

java IO、NIO、AIO详解