Java中处理I/O操作的不同方式：BIO，NIO，AIO

Java中处理I/O操作的不同方式：BIO，NIO，AIO

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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：

1. 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
             }
         }
     }
     

2. 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();
                 }
             }
         }
     }
     
     

3. 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。