Java中处理I/O操作的不同方式：BIO，NIO，AIO

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2024年03月11日 17:35 · 阅读数 5

Java中处理I/O操作的不同方式：BIO，NIO，AIO

亲爱的朋友，

在这美好的时刻，愿你感受到生活的温暖和欢乐。愿你的每一天都充满着笑容和满足，无论面对什么挑战都能勇往直前，化解困境。

希望你的心中充满爱和被爱的力量，与亲人朋友分享彼此的喜悦与快乐。愿你的努力与付出都得到应有的回报，让生活的经历变成丰富的财富。

愿你的每一个愿望都能如期实现，每一份期待都能变成美好的现实。愿你的未来充满惊喜和憧憬，而每一天都是属于你独一无二的精彩故事。

祝福你生活美满，前程似锦，充满阳光和希望！

首先，我们需要知道，Java中处理I/O操作的不同方式的不同方式有几种。

BIO、NIO和AIO是Java中处理I/O操作的三种不同方式，它们分别代表阻塞I/O、非阻塞I/O和异步I/O。下面是对它们的详细介绍，在这里我们结合代码进行一个综合演示，代码由于是伪代码，可能存在不足，仅供大家参考：

BIO（Blocking I/O）阻塞I/O：

特点： 在阻塞I/O中，当一个线程在进行I/O操作时，它会被阻塞，直到操作完成。这意味着当一个线程在读取或写入数据时，它无法执行其他任务，直到I/O操作完成。
适用场景： 适用于连接数较少且连接时间较长的情况，例如传统的Socket编程。

代码演示：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class BlockingIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);

        while (true) {
            Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // 阻塞等待客户端连接
            InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
            // 处理输入流，阻塞直到数据可读
            int data = inputStream.read();
            System.out.println("Received data: " + data);

            // 其他业务逻辑处理
        }
    }
}

NIO（Non-blocking I/O）非阻塞I/O：

特点： NIO引入了通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的概念，以及选择器（Selector）来实现非阻塞I/O。在非阻塞I/O中，一个线程可以管理多个通道，通过选择器监视这些通道的状态，当一个通道可读或可写时，线程可以切换到其他任务，而不需要等待I/O操作完成。
适用场景： 适用于连接数较多但每个连接的交互时间短的情况，例如网络编程中的聊天室。

代码演示：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class NonBlockingIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        Selector selector = Selector.open();
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            selector.select();
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();

            while (keyIterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = keyIterator.next();

                if (key.isAcceptable()) {
                    // 处理连接
                    SocketChannel clientChannel = serverSocketChannel.accept();
                    clientChannel.configureBlocking(false);
                    clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 处理读事件
                    SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int bytesRead = clientChannel.read(buffer);
                    System.out.println("Received data: " + new String(buffer.array(), 0, bytesRead));

                    // 其他业务逻辑处理

                    clientChannel.close();
                }

                keyIterator.remove();
            }
        }
    }
}

AIO（Asynchronous I/O）异步I/O：

特点： AIO引入了异步I/O操作，其中读/写请求被提交给操作系统，而应用程序继续执行其他任务。当操作系统完成I/O操作时，会通知应用程序，这样就实现了异步的I/O操作。
适用场景： 适用于连接数较多且每个连接的交互时间不确定的情况，例如在高并发的网络服务器中。

代码演示：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;

public class AsyncIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));

        serverSocketChannel.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {
            @Override
            public void completed(AsynchronousSocketChannel clientChannel, Void attachment) {
                serverSocketChannel.accept(null, this);
                // 继续接收下一个连接
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                clientChannel.read(buffer, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
                    @Override
                    public void completed(Integer bytesRead, ByteBuffer buffer) {
                        System.out.println("Received data: " + new String(buffer.array(), 0, bytesRead));
                        // 其他业务逻辑处理
                        clientChannel.close();
                    }

                    @Override
                    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer buffer) {
                        // 处理读取失败
                    }
                });
            }

            @Override
            public void failed(Throwable exc, Void attachment) {
                // 处理接受连接失败
            }
        });

        // 阻塞主线程，保持服务端运行
        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

总的来说，BIO适用于连接数较少且连接时间较长的场景，NIO适用于连接数较多但每个连接的交互时间短的场景，而AIO适用于连接数较多且每个连接的交互时间不确定的场景。选择合适的I/O模型取决于具体的应用需求。在Java中，NIO和AIO是在Java 1.4 和 Java 7 中引入的，分别位于java.nio和java.nio.channels包中。