Java之IO模型

首先来看一下同步与异步的概念:

  1.同步是指当前端发起一次操作请求时,只有后台执行完所有的代码操作才会给前端返回值。

  2.异步是将前端发回的消息加入消息队列,并且立刻给前端返回请求,告诉用户可以离开当前页面去做别的事情。当后台处理完成,操作系统会通知事件和回调机制等通知相应的县城进行后续操作。

 同步和异步最大的区别在于:一个需要等待,一个不需要等待。

接下来解释一下常见的IO模型:

  阻塞IO模型(最传统的IO模型):在读写数据过程中会发生阻塞现象。当用户线程发出IO请求之后,内核会去查看数据是否就绪,如果没有就绪就会等待数据就绪,而用户线程就会处于阻塞状态,用户线程交出CPU。当数据就绪之后,并返回结果给用户线程,用户线程才解除block状态。

  典型的阻塞IO模型的例子为:data=socket.read();如果数据没有就绪,就会一直阻塞在read方法。

  非阻塞IO模型:当用户线程发起read操作后,并不需要等待,而是马上就得到一个结果。如果结果是error时,它就知道数据还没有准备好,于是它可以再次发送read操作。一旦内核中的数据准备好了,并且又再次收到了用户线程的请求,那么它马上就将数据拷贝到用户线程,然后返回。

  在非阻塞IO模型中,用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪,也就是说非阻塞IO不会交出CPU,而是一直占用CPU。

  典型的非阻塞IO模型一般如下:

1 while(true){ 2     data = socket.read(); 3     if(data!= error){    //处理数据
4         break; 5  } 6 }

 

  多路复用IO模型:NIO实际上就是多路复用IO。在多路复用IO模型中,会有一个线程不断去轮询多个socket的状态,只有当socket真正有读写事件时,才会调用实际的IO读写操作。多路复用IO模式,通过一个线程就可以管理多个socket,不需要建立新的进程或线程,也不必维护这些线程和进程,只有当socket真正有读写事件发生时才会占用资源来进行实际的读写操作。所以他大大减少了资源占用。因此,多路复用IO适合连接数比较多的情况。

  在NIO中,通过selector.select()去查询每个通道是否有到达事件,如果没有则一直阻塞在那里,因此这种方式会导致线程阻塞。

  多路复用IO为何比非阻塞IO的效率高?

   答:是因为在非阻塞IO中,不断地去询问socket状态是通过用户线程去进行的,而在多路复用IO中,轮询每个socket状态是在内核进行的,效率比用户线程要高。不过要注意的是,多路复用IO模型是通过轮询的方式来检测是否有事件到达,并且对于到达的时间逐一进行响应。因此对于多路复用IO模型来说,一旦事件响应体很大,那么就会导致后续的事件迟迟得不到处理并且会影响新的事件轮询。

  信号驱动IO模型:在信号驱动IO中,当用户线程发起一个IO请求操作,会给对应的socket注册一个信号数,然后用户线程会继续执行,当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程,用户线程接收到信号后,便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。

  异步IO模型:异步IO模型是理想的IO模型。在异步IO模型中,当用户线程发起read操作后,就可以开始去做别的事情。另一方面,从内核的角度,当它收到一个asynchronous read之后,它会立刻返回,说明read请求已经成功发起了,因此不会对用户线程产生任何block。然后内核会等待数据准备完成,将数据拷贝到用户线程,当这一切都完成后,内核会给用户线程发送一个信号,告诉它read操作完成了。

  在异步IO模型中,IO操作的两个阶段都不会阻塞用户线程,这两个阶段都是由内核自动完成,然后发送一个信号告知用户线程操作已经完成。用户线程中不需要再次调用IO函数进行具体的读写。

 

    原文作者:MrHH
    原文地址: https://www.cnblogs.com/HuiH/p/11747636.html
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