IO、NIO、BIO傻傻分不清？别慌！对象告诉你~~

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2023-09-18 15:22:42

网络编程三驾马车：IO、NIO 和 BIO 的全面解析

简介

网络编程是 Java 开发者的必备技能。在网络编程领域，有三个绕不开的网络编程模型：IO、NIO 和 BIO。它们各有所长，在不同的场景下发挥着不同的作用。今天，我们将对这三者进行全面解析，让你彻底搞懂它们的异同点，避免再傻傻分不清。

IO：基础中的基础

IO（Input/Output），顾名思义，就是输入和输出。在网络编程中，IO 模型负责数据的读写操作。IO 模型是 Java 网络编程中最基础的模型，也是最容易理解的。

IO 模型采用阻塞式 IO，意味着当进行读写操作时，线程会一直等待，直到数据准备好或者发生错误。这种阻塞式的特性虽然简单易用，但会带来性能问题，尤其是当需要处理大量并发连接时。

代码示例：

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

public class IOExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个服务器套接字
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);

        // 循环接收客户端连接
        while (true) {
            // 阻塞等待客户端连接
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();

            // 接收数据
            byte[] data = new byte[1024];
            clientSocket.getInputStream().read(data);

            // 发送数据
            clientSocket.getOutputStream().write(data);

            // 关闭客户端连接
            clientSocket.close();
        }
    }
}

NIO：非阻塞的革命

NIO（Non-Blocking IO），是非阻塞 IO 模型。与 IO 模型不同，NIO 模型采用非阻塞 IO，意味着线程在进行读写操作时不会阻塞，而是会立即返回。如果数据还没有准备好，线程会继续执行其他任务，等数据准备好后再进行处理。

NIO 模型的非阻塞特性大大提高了性能，因为它可以同时处理多个并发连接，而不会出现阻塞的情况。但是，NIO 模型的编程难度也更高，需要开发者对底层网络编程有更深入的理解。

代码示例：

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

public class NIOExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个选择器
        Selector selector = Selector.open();

        // 创建一个服务器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9000));

        // 将服务器套接字通道注册到选择器上，并监听 OP_ACCEPT 事件
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            // 阻塞等待事件发生
            selector.select();

            // 获取就绪的键集合
            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator();

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

                if (key.isAcceptable()) {
                    // 接受客户端连接
                    Socket clientSocket = serverSocketChannel.accept();
                    clientSocket.configureBlocking(false);

                    // 将客户端套接字通道注册到选择器上，并监听 OP_READ 事件
                    clientSocket.getChannel().register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 接收数据
                    SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    clientChannel.read(buffer);

                    // 发送数据
                    clientChannel.write(buffer);
                }

                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

BIO：阻塞式 IO 的回归

BIO（Blocking IO），是阻塞式 IO 模型。与 IO 模型一样，BIO 模型也采用阻塞式 IO，线程在进行读写操作时会一直等待。但是，BIO 模型和 IO 模型有一个本质的区别：BIO 模型是面向连接的，而 IO 模型是面向流的。

BIO 模型中，每个连接都有一个单独的线程来处理，这使得 BIO 模型在处理大量并发连接时会出现性能问题。但是，BIO 模型的编程简单易懂，适合初学者入门网络编程。

代码示例：

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

public class BIOExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个服务器套接字
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);

        while (true) {
            // 阻塞等待客户端连接
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();

            // 创建一个新线程来处理客户端连接
            Thread thread = new Thread(() -> {
                try {
                    // 接收数据
                    byte[] data = new byte[1024];
                    clientSocket.getInputStream().read(data);

                    // 发送数据
                    clientSocket.getOutputStream().write(data);

                    // 关闭客户端连接
                    clientSocket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            thread.start();
        }
    }
}

IO、NIO 和 BIO 的对比

特征	IO	NIO	BIO
IO 类型	阻塞式	非阻塞式	阻塞式
编程难度	简单	较难	简单
性能	低	高	中
适用场景	少量并发连接	大量并发连接	中等并发连接
面向连接	否	否	是