本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)：漫話編程

周末午后，在家里面進(jìn)行電話面試，我問(wèn)了面試者幾個(gè)關(guān)于IO的問(wèn)題，其中包括什么是BIO、NIO和AIO？三者有什么區(qū)別？具體如何使用等問(wèn)題，但是面試者回答的并不是很滿意。于是我在面試評(píng)價(jià)中寫(xiě)道："對(duì)Java的IO提醒理解不夠深入"。恰好被女朋友看到了。

Java IO

IO，常協(xié)作I/O，是Input/Output的簡(jiǎn)稱(chēng)，即輸入/輸出。通常指數(shù)據(jù)在內(nèi)部存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和外部存儲(chǔ)器（硬盤(pán)、優(yōu)盤(pán)等）或其他周邊設(shè)備之間的輸入和輸出。

輸入/輸出是信息處理系統(tǒng)（例如計(jì)算機(jī)）與外部世界（可能是人類(lèi)或另一信息處理系統(tǒng)）之間的通信。

輸入是系統(tǒng)接收的信號(hào)或數(shù)據(jù)，輸出則是從其發(fā)送的信號(hào)或數(shù)據(jù)。

在Java中，提供了一些列API，可以供開(kāi)發(fā)者來(lái)讀寫(xiě)外部數(shù)據(jù)或文件。我們稱(chēng)這些API為Java IO。

IO是Java中比較重要，且比較難的知識(shí)點(diǎn)，主要是因?yàn)殡S著Java的發(fā)展，目前有三種IO共存。分別是BIO、NIO和AIO。

Java BIO

BIO 全稱(chēng)Block-IO 是一種同步且阻塞的通信模式。是一個(gè)比較傳統(tǒng)的通信方式，模式簡(jiǎn)單，使用方便。但并發(fā)處理能力低，通信耗時(shí)，依賴網(wǎng)速。

Java NIO

Java NIO，全程 Non-Block IO ，是Java SE 1.4版以后，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸效能優(yōu)化的新功能。是一種非阻塞同步的通信模式。

NIO 與原來(lái)的 I/O 有同樣的作用和目的, 他們之間最重要的區(qū)別是數(shù)據(jù)打包和傳輸?shù)姆绞健Ｔ瓉?lái)的 I/O 以流的方式處理數(shù)據(jù)，而 NIO 以塊的方式處理數(shù)據(jù)。

面向流的 I/O 系統(tǒng)一次一個(gè)字節(jié)地處理數(shù)據(jù)。一個(gè)輸入流產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，一個(gè)輸出流消費(fèi)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

面向塊的 I/O 系統(tǒng)以塊的形式處理數(shù)據(jù)。每一個(gè)操作都在一步中產(chǎn)生或者消費(fèi)一個(gè)數(shù)據(jù)塊。按塊處理數(shù)據(jù)比按(流式的)字節(jié)處理數(shù)據(jù)要快得多。但是面向塊的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的優(yōu)雅性和簡(jiǎn)單性。

Java AIO

Java AIO，全程 Asynchronous IO，是異步非阻塞的IO。是一種非阻塞異步的通信模式。

在NIO的基礎(chǔ)上引入了新的異步通道的概念，并提供了異步文件通道和異步套接字通道的實(shí)現(xiàn)。

三種IO的區(qū)別

首先，我們站在宏觀的角度，重新畫(huà)一下重點(diǎn)：

BIO （Blocking I/O）：同步阻塞I/O模式。

NIO （New I/O）：同步非阻塞模式。

AIO （Asynchronous I/O）：異步非阻塞I/O模型。

那么，同步阻塞、同步非阻塞、異步非阻塞都是怎么回事呢？關(guān)于這部分內(nèi)容也可以查看《漫話：如何給女朋友解釋什么是IO中的阻塞、非阻塞、同步、異步？》。

同步阻塞模式：這種模式下，我們的工作模式是先來(lái)到廚房，開(kāi)始燒水，并坐在水壺面前一直等著水燒開(kāi)。

同步非阻塞模式：這種模式下，我們的工作模式是先來(lái)到廚房，開(kāi)始燒水，但是我們不一直坐在水壺前面等，而是回到客廳看電視，然后每隔幾分鐘到廚房看一下水有沒(méi)有燒開(kāi)。

異步非阻塞I/O模型：這種模式下，我們的工作模式是先來(lái)到廚房，開(kāi)始燒水，我們不一一直坐在水壺前面等，也不隔一段時(shí)間去看一下，而是在客廳看電視，水壺上面有個(gè)開(kāi)關(guān)，水燒開(kāi)之后他會(huì)通知我。

阻塞VS非阻塞：人是否坐在水壺前面一直等。

同步VS異步：水壺是不是在水燒開(kāi)之后主動(dòng)通知人。

適用場(chǎng)景

BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高，并發(fā)局限于應(yīng)用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡(jiǎn)單易理解。

NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中，編程比較復(fù)雜，JDK1.4開(kāi)始支持。

AIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較長(zhǎng)（重操作）的架構(gòu)，比如相冊(cè)服務(wù)器，充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開(kāi)始支持。

使用方式

使用BIO實(shí)現(xiàn)文件的讀取和寫(xiě)入。

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User1?user?=?new?User1();
user.setName("hollis");
user.setAge(23);
System.out.println(user);

//Write?Obj?to?File
ObjectOutputStream?oos?=?null;
try?{
????oos?=?new?ObjectOutputStream(new?FileOutputStream("tempFile"));
????oos.writeObject(user);
}?catch?(IOException?e)?{
????e.printStackTrace();
}?finally?{
????IOUtils.closeQuietly(oos);
}

//Read?Obj?from?File
File?file?=?new?File("tempFile");
ObjectInputStream?ois?=?null;
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????ois?=?new?ObjectInputStream(new?FileInputStream(file));
????User1?newUser?=?(User1)?ois.readObject();
????System.out.println(newUser);
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}?catch?(ClassNotFoundException?e)?{
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}?finally?{
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user.setName("hollis");
user.setAge(23);
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????oos.writeObject(user);
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}?finally?{
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}

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File?file?=?new?File("tempFile");
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}

使用NIO實(shí)現(xiàn)文件的讀取和寫(xiě)入。

static?void?readNIO()?{????????String?pathname?=?"C:\\Users\\adew\\Desktop\\jd-gui.cfg";????????FileInputStream?fin?=?null;????????try?{????????????fin?=?new?FileInputStream(new?File(pathname));????????????FileChannel?channel?=?fin.getChannel();????????????int?capacity?=?100;//?字節(jié)????????????ByteBuffer?bf?=?ByteBuffer.allocate(capacity);????????????int?length?=?-1;????????????while?((length?=?channel.read(bf))?!=?-1)?{????????????????bf.clear();????????????????byte[]?bytes?=?bf.array();????????????????System.out.write(bytes,?0,?length);????????????????System.out.println();????????????}????????????channel.close();????????}?catch?(FileNotFoundException?e)?{????????????e.printStackTrace();????????}?catch?(IOException?e)?{????????????e.printStackTrace();????????}?finally?{????????????if?(fin?!=?null)?{????????????????try?{????????????????????fin.close();????????????????}?catch?(IOException?e)?{????????????????????e.printStackTrace();????????????????}????????????}????????}????}????static?void?writeNIO()?{????????String?filename?=?"out.txt";????????FileOutputStream?fos?=?null;????????try?{????????????fos?=?new?FileOutputStream(new?File(filename));????????????FileChannel?channel?=?fos.getChannel();????????????ByteBuffer?src?=?Charset.forName("utf8").encode("你好你好你好你好你好");????????????int?length?=?0;????????????while?((length?=?channel.write(src))?!=?0)?{????????????????System.out.println("寫(xiě)入長(zhǎng)度:"?+?length);????????????}????????}?catch?(FileNotFoundException?e)?{????????????e.printStackTrace();????????}?catch?(IOException?e)?{????????????e.printStackTrace();????????}?finally?{????????????if?(fos?!=?null)?{????????????????try?{????????????????????fos.close();????????????????}?catch?(IOException?e)?{????????????????????e.printStackTrace();????????????????}????????????}????????}????}
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????????????????try?{
????????????????????fos.close();
????????????????}?catch?(IOException?e)?{
????????????????????e.printStackTrace();
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使用AIO實(shí)現(xiàn)文件的讀取和寫(xiě)入

public?class?ReadFromFile?{??public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception?{????Path?file?=?Paths.get("/usr/a.txt");????AsynchronousFileChannel?channel?=?AsynchronousFileChannel.open(file);????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(100_000);????Future<Integer>?result?=?channel.read(buffer,?0);????while?(!result.isDone())?{??????ProfitCalculator.calculateTax();????}????Integer?bytesRead?=?result.get();????System.out.println("Bytes?read?["?+?bytesRead?+?"]");??}}class?ProfitCalculator?{??public?ProfitCalculator()?{??}??public?static?void?calculateTax()?{??}}public?class?WriteToFile?{??public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception?{????AsynchronousFileChannel?fileChannel?=?AsynchronousFileChannel.open(????????Paths.get("/asynchronous.txt"),?StandardOpenOption.READ,????????StandardOpenOption.WRITE,?StandardOpenOption.CREATE);????CompletionHandler<Integer,?Object>?handler?=?new?CompletionHandler<Integer,?Object>()?{??????@Override??????public?void?completed(Integer?result,?Object?attachment)?{????????System.out.println("Attachment:?"?+?attachment?+?"?"?+?result????????????+?"?bytes?written");????????System.out.println("CompletionHandler?Thread?ID:?"????????????+?Thread.currentThread().getId());??????}??????@Override??????public?void?failed(Throwable?e,?Object?attachment)?{????????System.err.println("Attachment:?"?+?attachment?+?"?failed?with:");????????e.printStackTrace();??????}????};????System.out.println("Main?Thread?ID:?"?+?Thread.currentThread().getId());????fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Sample".getBytes()),?0,?"First?Write",????????handler);????fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Box".getBytes()),?0,?"Second?Write",????????handler);??}}class?ReadFromFile?{
??public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception?{
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????AsynchronousFileChannel?channel?=?AsynchronousFileChannel.open(file);

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????Future<Integer>?result?=?channel.read(buffer,?0);

????while?(!result.isDone())?{
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class?ProfitCalculator?{
??public?ProfitCalculator()?{
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??public?static?void?calculateTax()?{
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public?class?WriteToFile?{

??public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception?{
????AsynchronousFileChannel?fileChannel?=?AsynchronousFileChannel.open(
????????Paths.get("/asynchronous.txt"),?StandardOpenOption.READ,
????????StandardOpenOption.WRITE,?StandardOpenOption.CREATE);
????CompletionHandler<Integer,?Object>?handler?=?new?CompletionHandler<Integer,?Object>()?{

??????@Override
??????public?void?completed(Integer?result,?Object?attachment)?{
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????????????+?"?bytes?written");
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????????????+?Thread.currentThread().getId());
??????}

??????@Override
??????public?void?failed(Throwable?e,?Object?attachment)?{
????????System.err.println("Attachment:?"?+?attachment?+?"?failed?with:");
????????e.printStackTrace();
??????}
????};

????System.out.println("Main?Thread?ID:?"?+?Thread.currentThread().getId());
????fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Sample".getBytes()),?0,?"First?Write",
????????handler);
????fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Box".getBytes()),?0,?"Second?Write",
????????handler);

??}
}

滴滴滴，水開(kāi)了。

有道無(wú)術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無(wú)道，止于術(shù)

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好文章，我在看??

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的漫话：如何给女朋友解释什么是BIO、NIO和AIO？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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