Java读写文件三种IO模型对比(纯概念无代码)

在Java应用中，IO是比较常规的操作，我们经常用它来上传文件、文件复制、网络通信，既不陌生也会用，但是我对它一直没有形成系统性的认知。

下面就整理一下Javo IO的概念和三种IO模型的对比。

IO是英文单词Input/Output的缩写，输入/输出的意思。

一、Java IO概念

在 Java 中，IO（Input/Output）是用于处理数据输入和输出的重要部分。Java的IO库提供了丰富的类和接口，用于读取和写入数据，处理文件、网络连接、设备等各种输入输出操作。

Java的IO库主要包括以下几个核心概念：

IO流（Stream）：流是Java中处理IO的基本抽象，它代表了数据的流动，可以是输入流（用于读取数据）或输出流（用于写入数据）。

IO流可以分为字节流（InputStream、OutputStream）和字符流（Reader、Writer）两种类型，用于处理不同类型的数据。

文件操作：Java的IO库提供了丰富的类和方法用于处理文件操作，包括创建文件、读取文件内容、写入数据到文件、删除文件等。

网络操作：Java的IO库也提供了用于网络编程的类和接口，可以用于建立网络连接、读取网络数据、发送网络请求等操作。

序列化：Java的IO库还提供了对象序列化和反序列化的功能，可以将对象转换为字节流进行存储或传输，以及从字节流中还原对象。

缓冲流：Java的IO库提供了缓冲流（BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter）用于提高IO操作的效率，通过在内存中缓存数据减少对底层设备的访问次数。

异常处理：在IO操作中可能会出现各种异常，Java的IO库提供了异常处理机制，可以捕获和处理IO操作中可能出现的异常情况。

Java的IO库提供了丰富的类和接口，用于处理文件、网络、设备等各种输入输出操作，为Java程序员提供了强大的工具来处理各种IO需求。

二、三种IO模型

2.1、传统的BIO (阻塞I/O)

在 Java 中，BIO（Blocking I/O，阻塞式输入输出）是一种传统的输入输出模型，它基于流（Stream）的概念，用于处理数据的读取和写入。BIO模型在进行输入输出操作时，会阻塞当前线程，直到数据准备就绪或操作完成才会继续执行后续操作。

BIO模型的主要特点包括：

同步阻塞：在进行输入输出操作时，BIO模型是同步阻塞的，即当进行读写操作时，当前线程会被阻塞，直到数据准备就绪或操作完成才能继续执行后续操作。

基于流：BIO模型使用基于流的输入输出方式，包括字节流（InputStream、OutputStream）和字符流（Reader、Writer），用于处理不同类型的数据。

适用范围：BIO模型适用于一些简单的输入输出场景，如文件操作、Socket通信等，但在高并发、大规模数据处理等场景下，由于阻塞的特性可能会影响程序的性能。

2.2、非阻塞NIO (非阻塞 I/O)

在Java中，NIO（Non-blocking IO，非阻塞IO）是一种改进的IO模型，引入了一些新的抽象概念和API，使得处理输入输出操作更为灵活和高效。

核心概念

通道（Channel）：NIO引入了Channel的概念，它可以支持双向数据传输，相比传统的流模型更加灵活。

常用的通道有FileChannel用于文件操作、SocketChannel用于网络套接字通信、ServerSocketChannel用于服务器端套接字接收等。

缓冲区（Buffer）：NIO使用缓冲区进行数据读写操作，所有数据都是通过缓冲区处理的。

缓冲区可以是字节缓冲区（ByteBuffer、CharBuffer等）或者直接缓冲区，它们提供了对数据的灵活控制和高效处理能力。

选择器（Selector）：Selector允许单个线程同时监控多个通道的事件（例如：连接打开、数据到达等）。

通过Selector，可以实现单线程管理多个通道，提高系统的资源利用率和性能。

特点与优势：

非阻塞：NIO模型是非阻塞的，意味着线程可以在等待数据时继续处理其他任务，而不必等待数据完全准备好。

多路复用：通过Selector，一个线程可以同时管理多个Channel，这在服务器应用程序中特别有用，可以有效地处理多个连接。

内存效率：NIO使用了直接缓冲区，可以显著提高数据传输效率，减少不必要的内存拷贝，同时对大量数据的处理更加高效。

适用场景：

NIO适用于需要处理大量并发连接的网络服务器，如聊天服务器、即时通讯服务器等。

文件操作中，特别是需要大文件处理或者高性能文件IO的场景。

需要实现高效数据传输的场景，如大规模数据迁移、数据备份等。

Java NIO通过引入Channel、Buffer和Selector等新概念，提供了更为灵活和高效的IO操作方式，适应了现代应用对IO处理性能和并发能力的要求。

2.3、异步AIO (异步 I/O)

在Java中，AIO（Asynchronous IO，异步IO）是另一种IO模型，与传统的BIO（Blocking IO，阻塞IO）和NIO（Non-blocking IO，非阻塞IO）不同，它更加适合于处理大量并发连接的场景。

核心概念：

异步通道（AsynchronousChannel）：AIO引入了异步通道的概念，它支持异步数据读写操作，即可以在数据准备就绪之后通知应用程序，而无需阻塞等待数据的准备或完成。

异步事件（CompletionHandler）：AIO使用CompletionHandler来处理异步操作的结果，当IO操作完成或出现错误时，CompletionHandler会被调用，通知应用程序处理结果。

异步流（AsynchronousStream）：与传统的流模型不同，AIO提供了异步读取和写入流的能力，使得处理IO操作更为高效和灵活。

特点与优势：

非阻塞：与NIO类似，AIO也是非阻塞的模型，允许应用程序在等待数据时继续执行其他任务，而不会被IO操作阻塞。

事件驱动：AIO模型是事件驱动的，通过异步事件和回调机制，可以有效地处理大量并发连接或大数据量的IO操作。

适用性：AIO特别适合需要处理大量并发连接的高性能服务器，如高性能网络服务器、即时通讯系统、游戏服务器等。

适用场景：

处理大量并发连接的网络服务器，如高性能聊天服务器、实时数据推送系统等。

需要处理大文件或大数据量传输的场景，如数据备份、数据传输等。

需要实现高效率和高并发IO操作的应用程序。

总体来说，Java AIO通过异步通道和事件驱动的方式，提供了更高效、更灵活的IO处理能力，特别适合于需要处理大量并发连接或大数据量IO操作的现代应用场景。

三、三种IO模型对比

对比BIO、NIO和AIO三种IO模型的主要特点、优缺点和适用场景：

以上就是Java的三种IO模型。传统的BIO（Blocking IO）简单易用，性能低下，不适合高并发场景。NIO（Non-blocking IO）非阻塞，内存使用率变高，效率也变高，但是还不够，又发展出了性能和并发更高的AIO（Asynchronous IO）。

都是概念，太枯燥了，下次还是用代码说话。