什么是非阻塞IO？它在什么情况下比阻塞IO更有优势？
参考回答
非阻塞I/O（Non-blocking I/O）是一种I/O操作方式，其中线程在进行I/O操作时不会被阻塞，线程可以继续执行其他任务。当调用非阻塞I/O的读写操作时，如果数据没有准备好，操作会立即返回，而不是让线程等待数据的到来。
相比之下，阻塞I/O（Blocking I/O）是指线程在进行I/O操作时会被阻塞，直到数据准备好或操作完成。这意味着线程在等待数据时不能做其他事情。
非阻塞I/O的优势在于它可以提升系统的并发性能。因为线程不会被阻塞，它可以在等待I/O的过程中继续执行其他任务。因此，非阻塞I/O通常适用于高并发的场景，尤其是网络应用中，例如服务器需要同时处理大量连接时，非阻塞I/O能显著提高效率。
详细讲解与拓展
1. 阻塞I/O与非阻塞I/O的区别
- 阻塞I/O：当线程执行I/O操作时，操作会阻塞当前线程，直到操作完成（如读取文件或网络数据）。如果数据不可用，线程会一直等待，无法继续执行其他任务。例如，读取文件时，如果文件的内容还没准备好，线程就会等待，直到内容准备好才能继续执行。
- 非阻塞I/O：线程在执行I/O操作时，如果数据不可用，它不会等待，而是立即返回。例如，如果想读取数据但没有数据可用，非阻塞I/O会返回一个特定的状态（例如返回
-1，表示没有数据），线程可以继续执行其他操作，等到数据准备好了再进行下一次的读取操作。
2. 为什么非阻塞I/O比阻塞I/O更适合高并发应用？
- 资源利用率：阻塞I/O会导致线程在等待数据时处于空闲状态，这会浪费宝贵的系统资源（如CPU）。而非阻塞I/O允许线程在等待数据时继续处理其他任务，从而提升系统的资源利用率。
- 减少线程上下文切换：在高并发情况下，如果使用阻塞I/O，每个连接可能都需要一个线程来处理，这会导致大量的线程创建和销毁，进而增加了上下文切换的成本。非阻塞I/O则通过少量的线程来处理大量的连接，减少了上下文切换的开销。
- 高并发的网络应用：非阻塞I/O常用于服务器端编程，特别是处理大量并发连接的场景。例如，Java NIO（New I/O）就支持非阻塞I/O，可以在同一个线程中处理多个网络连接，提高了服务器的并发能力。
3. 示例：阻塞I/O与非阻塞I/O的应用场景
- 阻塞I/O适用场景：
- 小规模的、简单的程序，资源和并发要求不高。
- 比如一个简单的文件读取或单一网络请求响应。
- 非阻塞I/O适用场景：
- 高并发的场景，如一个需要处理成千上万连接的Web服务器，或者一个实时数据处理系统。使用非阻塞I/O可以避免线程资源浪费，从而提高吞吐量。
4. Java中的非阻塞I/O
在Java中，java.nio包提供了对非阻塞I/O的支持。通过Selector、Channel等类，Java NIO可以在单一线程中实现多路复用（Multiplexing），同时处理多个I/O操作，而无需为每个I/O操作都创建一个线程。
例如：
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
int readyChannels = selector.select();
if (readyChannels == 0) continue;
// 处理客户端连接
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
SelectionKey key = keyIterator.next();
if (key.isAcceptable()) {
// 接受客户端连接
}
keyIterator.remove();
}
}
在这个例子中，Selector会监听多个通道（如ServerSocketChannel）的事件，并且通过非阻塞I/O处理多个客户端连接。
5. 总结
非阻塞I/O在高并发系统中具有显著优势，尤其在需要处理大量连接的服务器端程序中，通过减少线程阻塞等待，提升了系统的资源利用率和响应能力。而阻塞I/O适用于资源较少或并发要求不高的简单应用。