在网络应用中一般可以采用同步I/O（阻塞I/O）和非阻塞I/O两种方式进行数据通讯这两种方式并非互相排斥和互相取代我们可以在平时的应用中单独采用其中一种通讯方式也可以混合使用这两种通讯方式在本文中就什么是非阻塞I/O以及为什么要使用这种通讯方式进行了介绍在下一篇文章中给出了一个简单的例子来演示在网络应用中如何使用非阻塞I/O进行通讯
一什么是非阻塞I/O
我们可以将同步I/O称为阻塞I/O非阻塞I/O称为异步I/O在本书中采用了比较常用的叫法同步I/O和非阻塞I/O虽然它们的叫法不同但含义是一样的读者在阅读其他书时应注意这一点
在讲解什么是非阻塞I/O之前首先应了解什么是同步I/O这里的同步指的是什么同步这个概念在程序设计中主要是指代码按顺序执行的过程如在Java程序中的main方法如果不使用多线程这个方法中的代码一定是从前往后按顺序执行的这就叫做同步如果使用了多线程从宏观角度来看会有不同的代码段同时执行这就叫做异步在同步I/O中的同步概念也类似也就是说在I/O通讯过程中只要是某一步的通讯未结束就无法进行其他的通讯那么这里的同步指的是什么呢？要回答这个问题之前首先让我们先回忆一下在网络通讯中有哪些地方可能会被阻塞如果读者看了前面的章节就会知道答案对于客户端来说有两个地方可能会被阻塞连接服务器（调用connect方法时）和读写数据而在服务端也有两个地方可能会被阻塞等待客户端请求（调用accept方法时）和读写数据（在一般情况下写数据不会被阻塞但如果网络环境比较差的时候客户端和服务端的写数据操作也可能发生阻塞现象）也就是说可以设置超时时间的地方就可能被阻塞而同步I/O中的同步就是指除了以下两种情况外程序会一直处于等待状态
连接服务器读写数据或等待客户端请求正常地执行
在等待超时时间后抛出了超时异常
在上面我们了解了什么是同步I/O而非阻塞I/O和同步I/O最明显的不同就是同步I/O所有可能被阻塞的地址在非阻塞I/O中都不会被阻塞如在读取数据时如果数据暂时无法被读取那么在非阻塞I/O中会立刻返回以便程序可以执行其他的代码然后系统会不断侦测这个未完成的读取操作直到可以继续读数据时再来完成这个操作
Java在JDK及以后版本中提供了一套API来专门操作非阻塞I/O我们可以在javanio包及其子包中找到相关的类和接口由于这套API是JDK新提供的I/O API因此也叫New I/O这就是包名nio的由来这套API由三个主要的部分组成缓沖区（Buffers）通道（Channels）和非阻塞I/O的核心类组成这三部分的详细内容将在本章的后面介绍
二为什么要使用非阻塞I/O
在使用同步I/O的网络应用中如果要同时处理多个客户端请求或是在客户端要同时和多个服务器进行通讯就必须使用多线程来处理也就是说将每一个客户端请求分配给一个线程来单独处理这样做虽然可以达到我们的要求但同时又会带来另外一个问题由于每创建一个线程就要为这个线程分配一定的内存空间（也叫工作存储器）而且操作系统本身也对线程的总数有一定的限制如果客户端的请求过多服务端程序可能会因为不堪重负而拒绝客户端的请求甚至服务器可能会因此而瘫痪
当然可以使用线程池（将在第三部分讲解）来缓解服务器的压力但这并不能解决客户端因访问过于密集而造成的服务器拒绝响应的问题虽然在服务端还有请求缓沖区作为保障但这个缓沖区的大小是有限的（一般为）如果客户端的请求数远超过这个数客户端还是会收到拒绝服务的信息
在这种情况下使用非阻塞I/O就可以解决这个问题由于使用非阻塞I/O的程序一般是单线程的（有时可能将使用非阻塞I/O的程序段放到一个单独的线程里而主线程负责处理用户的输入）因此服务端接收的客户端请求数并不随着工作线程数的增加而增加所以使用非阻塞I/O模式就不会受到操作系统对线程总数的限制也不会占用大量的服务器资源
非阻塞I/O虽然可以到达在处理大量客户端请求的同时又不占用大量的服务器资源的目的但这种通讯方式并不能完全取代同步I/O如非阻塞I/O并不适合象FTP服务器那样需要保持连接状态的应用（原因将在以后的章节中说明）非阻塞I/O一般应用在服务端比较多一些因为客户端一般并不需要处理大量的连接（但某些应用除外如象百度Google的Web Spider需要同时下载多个网页这时就需要在客户端建立大量的连接来满足需求）而服务端程序一般需要接收并处理大量的客户端请求因此就需要使用多线程（使用同步I/O）或非阻塞I/O来达到这个目的如果某个服务端应用处理的客户端请求没那么多时使用多线程和同步I/O可能会更好一点因为这种方式要比非阻塞I/O方式更灵活
在前面一直将非阻塞I/O和网络应用放到一起讲其实非阻塞I/O并不等于网络我们也可以将非阻塞I/O应用到非网络的应用中如文件复制由于同步I/O是基于字节流的而非阻塞I/O是基于缓沖区和通道的因此从理论上所操作的文件越大非阻塞I/O的优势越能体现出来而对于比较小的文件操作这两种方式的效率差不多根据实验得知复制一个G左右的文件一般情况下非阻塞I/O方式比同步I/O方式快大约%左右
