Interviewer: Tell me the difference between NIO and BIO

介绍

1. BIO,面向流,只能读或者只能写,阻塞IO
2. NIO,面向缓冲区,可以同时进行读写,非阻塞IO

整个BIO的继承关系如上图,每种流只能写或者读,整个BIO流的设计用了装饰者模式,如果你不清楚的话,可以看《面试官：说一下装饰者模式的作用,以及哪些地方用到了装饰者模式吧》,本文不再介绍

NIO涉及到的api主要为Buffer Channel Selector.Buffer可以用来存储和读取数据,Channel是网络通道,Selector主要用来监听事件的发生.后续的内容会简单介绍一下三者是如何协同工作的.

用例子类别一下

BIO：排队打饭
NIO：点餐等待被叫

api的使用我就不演示了,分析一下他们背后的开发模式

开发模式

类别	开发模式
BIO	Thread-Per-Connection
NIO	Reactor
AIO	Proactor

Thread-Per-Connection

Thread-Per-Connection这种开发模式应该很多人都比较清楚,见名知意,一个请求创建一个线程,支持不了高并发,当然你可以用线程池避免线程的重复创建

Reactor

Reactor的核心流程为

1. 注册感兴趣的事件
2. 扫描是否有感兴趣的事件发生
3. 事件发生后作出相应的处理

Reactor模式的演进过程如下

单Reactor单线程

执行流程

1. Reactor对象通过select监控客户端请求事件,收到事件后通过dispatch分发
2. 如果是建立连接事件,则交给Acceptor通过accept处理连接请求,然后创建一个handler对象处理连接完成后的的后续业务处理
3. 如果是读写事件,则调用对应的handler来处理请求.handler会完成 read->业务处理->send整个完整的业务流程

优点

模型简单,整个过程都在一个线程中完成

缺点

1. 性能问题,只有一个线程,无法发挥多核CPU的性能.并且当handler在处理请求时,无法处理连接请求,容易导致性能瓶颈
2. 可靠性问题,线程意外终止或者死循环,系统不能接收和处理外部消息,造成节点故障

单Reactor多线程

执行流程

1. Reactor对象通过select监控客户端请求事件,收到事件后通过dispatch分发
2. 如果是建立连接事件,则交给Acceptor通过accept处理连接请求,然后创建一个handler对象处理连接完成后的的后续业务处理
3. 如果是读写事件,则调用对应的handler来处理请求
4. handler只负责读取和响应事件,不做具体的业务处理,读取到数据后,会分发给Worker线程池中的某个线程处理业务,处理完毕后将结果返回给handler
5. handler收到响应后返回给client

优点

充分利用多核cpu的处理能力

缺点

Reactor单线程运行,处理所有事件的监听和响应,在高并发场景容易出现性能瓶颈

主从Reactor多线程

Reactor在高并发下容易出现瓶颈,所以将Reactor分为2部分,MainReactor只处理连接事件,

SubReactor只处理读写事件

如果是连接事件MainReactor直接交给Acceptor来处理,如果是读写事件MainReactor交给SubReactor来处理

当我们在写Netty程序时,会创建2个EventLoopGroup,一个是bossGroup,一个是workerGroup.bossGroup 就用来处理连接请求的,而 workerGroup 是用来处理读写请求的

EventLoop对应Reactor模式中的Reactor,EventLoopGroup就是EventLoop组成的集合

MainReactor有一个,在单线程中运行.SubReactor有多个,在多个线程中运行

推荐你看一下Doug Lea大佬对Reactor模式解释的文章（你用的并发包就是他写的）,保证你能有一个更深的印象

​ ​http://gee.cs.oswego.edu/dl/cpjslides/nio.pdf​​

现在我们常用的NIO框架是Netty,在Netty中切换这三种模式就非常方便了,代码如下

当然Netty做了一定的改进.即单Reactor多线程和主从Reactor多线程中Reactor线程可以是多个

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       // 单Reactor单线程
       
       

       
       EventLoopGroup 
       
       eventLoopGroup 
       
       = 
       
       new 
       
       NioEventLoopGroup(
       
       1);
       
       

       
       ServerBootstrap 
       
       serverBootstrap 
       
       = 
       
       new 
       
       ServerBootstrap();
       
       

       
       serverBootstrap.
       
       group(
       
       eventLoopGroup);
       
       

       
       

       
       // 单Reactor多线程
       
       

       
       // EventLoopGroup不指定线程数的话默认是cpu核数的2倍
       
       

       
       EventLoopGroup 
       
       eventLoopGroup 
       
       = 
       
       new 
       
       NioEventLoopGroup();
       
       

       
       ServerBootstrap 
       
       serverBootstrap 
       
       = 
       
       new 
       
       ServerBootstrap();
       
       

       
       serverBootstrap.
       
       group(
       
       eventLoopGroup);
       
       

       
       

       
       // 主从Reactor多线程
       
       

       
       EventLoopGroup 
       
       bossGroup 
       
       = 
       
       new 
       
       NioEventLoopGroup();
       
       

       
       EventLoopGroup 
       
       workerGroup 
       
       = 
       
       new 
       
       NioEventLoopGroup();
       
       

       
       ServerBootstrap 
       
       serverBootstrap 
       
       = 
       
       new 
       
       ServerBootstrap();
       
       

       
       serverBootstrap.
       
       group(
       
       bossGroup, 
       
       workerGroup);
      
      
      
      

       
       
1.
       
       
2.
       
       
3.
       
       
4.
       
       
5.
       
       
6.
       
       
7.
       
       
8.
       
       
9.
       
       
10.
       
       
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16.
      
      

参考博客