漫话：如何给女朋友解释什么是BIO、NIO和AIO？

Java技术江湖

发布于 2019-09-24 11:44:41

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发布于 2019-09-24 11:44:41

周末午后，在家里面进行电话面试，我问了面试者几个关于IO的问题，其中包括什么是BIO、NIO和AIO？三者有什么区别？具体如何使用等问题，但是面试者回答的并不是很满意。于是我在面试评价中写道："对Java的IO提醒理解不够深入"。恰好被女朋友看到了。

Java IO

IO，常协作I/O，是Input/Output的简称，即输入/输出。通常指数据在内部存储器（内存）和外部存储器（硬盘、优盘等）或其他周边设备之间的输入和输出。

输入/输出是信息处理系统（例如计算机）与外部世界（可能是人类或另一信息处理系统）之间的通信。

输入是系统接收的信号或数据，输出则是从其发送的信号或数据。

在Java中，提供了一些列API，可以供开发者来读写外部数据或文件。我们称这些API为Java IO。

IO是Java中比较重要，且比较难的知识点，主要是因为随着Java的发展，目前有三种IO共存。分别是BIO、NIO和AIO。

Java BIO

BIO 全称Block-IO 是一种同步且阻塞的通信模式。是一个比较传统的通信方式，模式简单，使用方便。但并发处理能力低，通信耗时，依赖网速。

Java NIO

Java NIO，全程 Non-Block IO ，是Java SE 1.4版以后，针对网络传输效能优化的新功能。是一种非阻塞同步的通信模式。

NIO 与原来的 I/O 有同样的作用和目的, 他们之间最重要的区别是数据打包和传输的方式。原来的 I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。

面向流的 I/O 系统一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据，一个输出流消费一个字节的数据。

面向块的 I/O 系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。但是面向块的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。

Java AIO

Java AIO，全程 Asynchronous IO，是异步非阻塞的IO。是一种非阻塞异步的通信模式。

在NIO的基础上引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。

三种IO的区别

首先，我们站在宏观的角度，重新画一下重点：

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）：异步非阻塞I/O模型。

那么，同步阻塞、同步非阻塞、异步非阻塞都是怎么回事呢？关于这部分内容也可以查看《漫话：如何给女朋友解释什么是IO中的阻塞、非阻塞、同步、异步？》。

同步阻塞模式：这种模式下，我们的工作模式是先来到厨房，开始烧水，并坐在水壶面前一直等着水烧开。

同步非阻塞模式：这种模式下，我们的工作模式是先来到厨房，开始烧水，但是我们不一直坐在水壶前面等，而是回到客厅看电视，然后每隔几分钟到厨房看一下水有没有烧开。

异步非阻塞I/O模型：这种模式下，我们的工作模式是先来到厨房，开始烧水，我们不一一直坐在水壶前面等，也不隔一段时间去看一下，而是在客厅看电视，水壶上面有个开关，水烧开之后他会通知我。

阻塞VS非阻塞：人是否坐在水壶前面一直等。

同步VS异步：水壶是不是在水烧开之后主动通知人。

适用场景

BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。

NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。

AIO方式适用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

使用方式

使用BIO实现文件的读取和写入。

//Initializes The Object
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;
try {
    ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
    User1 newUser = (User1) ois.readObject();
    System.out.println(newUser);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    IOUtils.closeQuietly(ois);
    try {
        FileUtils.forceDelete(file);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

//Initializes The Object
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;
try {
    ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
    User1 newUser = (User1) ois.readObject();
    System.out.println(newUser);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    IOUtils.closeQuietly(ois);
    try {
        FileUtils.forceDelete(file);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

使用NIO实现文件的读取和写入。

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;// 字节
            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("写入长度:" + length);
            }

        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (fos != null) {
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

使用AIO实现文件的读取和写入

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);

  }
}