架构师知识储备——深入理解BIO、NIO、AIO

本文你将获取到：同/异步 + 阻/非阻塞的性能区别;BIO、NIO、AIO 的区别;理解和实现 NIO 操作 Socket 时的多路复用;同时掌握 IO 最底层最核心的操作技巧。

• BIO、NIO、AIO 的区别是什么?
• 同/异步、阻/非阻塞的区别是什么?
• 文件读写最优雅的实现方式是什么?
• NIO 如何实现多路复用功能?

带着以上这几个问题，让我们一起进入IO的世界吧。

在开始之前，我们先来思考一个问题：我们经常所说的“IO”的全称到底是什么?

可能很多人看到这个问题和我一样一脸懵逼，IO的全称其实是：Input/Output的缩写。

一、IO 介绍

我们通常所说的 BIO 是相对于 NIO 来说的，BIO 也就是 Java 开始之初推出的 IO 操作模块，BIO 是 BlockingIO 的缩写，顾名思义就是阻塞 IO 的意思。

1.1 BIO、NIO、AIO的区别

BIO 就是传统的 java.io 包，它是基于流模型实现的，交互的方式是同步、阻塞方式，也就是说在读入输入流或者输出流时，在读写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调用时可靠的线性顺序。它的有点就是代码比较简单、直观;缺点就是 IO 的效率和扩展性很低，容易成为应用性能瓶颈。

NIO 是 Java 1.4 引入的 java.nio 包，提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象，可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。

AIO 是 Java 1.7 之后引入的包，是 NIO 的升级版本，提供了异步非堵塞的 IO 操作方式，所以人们叫它 AIO(Asynchronous IO)，异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

1.2 全面认识 IO

传统的 IO 大致可以分为4种类型：

• InputStream、OutputStream 基于字节操作的 IO
• Writer、Reader 基于字符操作的 IO
• File 基于磁盘操作的 IO
• Socket 基于网络操作的 IO

java.net 下提供的 Scoket 很多时候人们也把它归为 同步阻塞 IO ,因为网络通讯同样是 IO 行为。

java.io 下的类和接口很多，但大体都是 InputStream、OutputStream、Writer、Reader 的子集，所有掌握这4个类和File的使用，是用好 IO 的关键。

1.3 IO 使用

接下来看 InputStream、OutputStream、Writer、Reader 的继承关系图和使用示例。

1.3.1 InputStream 使用

继承关系图和类方法，如下图：

InputStream 使用示例：

InputStream inputStream = new FileInputStream("D:\\log.txt"); 
byte[] bytes = new byte[inputStream.available()]; 
inputStream.read(bytes); 
String str = new String(bytes, "utf-8"); 
System.out.println(str); 
inputStream.close(); 

1.3.2 OutputStream 使用

继承关系图和类方法，如下图：

OutputStream 使用示例：

OutputStream outputStream = new FileOutputStream("D:\\log.txt",true); // 参数二，表示是否追加，true=追加 
outputStream.write("你好，老王".getBytes("utf-8")); 
outputStream.close(); 

1.3.3 Writer 使用

Writer 继承关系图和类方法，如下图：

Writer 使用示例：

Writer writer = new FileWriter("D:\\log.txt",true); // 参数二，是否追加文件，true=追加 
writer.append("老王，你好"); 
writer.close(); 

1.3.4 Reader 使用

Reader 继承关系图和类方法，如下图：

Reader 使用示例：

Reader reader = new FileReader(filePath); 
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader); 
StringBuffer bf = new StringBuffer(); 
String str; 
while ((str = bufferedReader.readLine()) != null) { 
 bf.append(str + "\n"); 
} 
bufferedReader.close(); 
reader.close(); 
System.out.println(bf.toString()); 

二、同步、异步、阻塞、非阻塞

上面说了很多关于同步、异步、阻塞和非阻塞的概念，接下来就具体聊一下它们4个的含义，以及组合之后形成的性能分析。

2.1 同步与异步

同步就是一个任务的完成需要依赖另外一个任务时，只有等待被依赖的任务完成后，依赖的任务才能算完成，这是一种可靠的任务序列。要么成功都成功，失败都失败，两个任务的状态可以保持一致。而异步是不需要等待被依赖的任务完成，只是通知被依赖的任务要完成什么工作，依赖的任务也立即执行，只要自己完成了整个任务就算完成了。至于被依赖的任务最终是否真正完成，依赖它的任务无法确定，所以它是不可靠的任务序列。我们可以用打电话和发短信来很好的比喻同步与异步操作。

2.2 阻塞与非阻塞

（编辑：ASP站长网）