揭秘计算机I/O：BIO、NIO、AIO的前世今生

2024-01-11 14:24:48

计算机 I/O 的演进：从 BIO 到 NIO 再到 AIO

在计算机领域，输入/输出 (I/O) 操作对于程序的顺利运行至关重要。本文将深入探讨三种常见的 I/O 模型：BIO、NIO 和 AIO，揭示它们之间的差异、优点和缺点，并指导读者选择最适合特定应用场景的模型。

阻塞式 I/O (BIO)

BIO 是最基本的 I/O 模型，其特点是当程序发起 I/O 操作（例如读取文件或发送网络数据）时，程序会一直阻塞等待，直到操作完成。这种模型简单易用，但效率低下，因为程序在等待期间无法执行其他任务。

代码示例：

// BIO 读取文件
FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");
byte[] data = new byte[1024];
fis.read(data);

非阻塞式 I/O (NIO)

与 BIO 不同，NIO 采用非阻塞模式，当程序发起 I/O 操作时，程序不会被阻塞，而是可以继续执行其他任务。当 I/O 操作完成时，程序将收到通知，然后可以继续处理数据。NIO 效率更高，可以充分利用 CPU 资源。

代码示例：

// NIO 读取文件
FileChannel fc = FileChannel.open(Paths.get("file.txt"));
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int bytesRead = fc.read(buffer);

异步 I/O (AIO)

AIO 是最先进的 I/O 模型，它将 I/O 操作的控制权完全交给操作系统。程序只需提交 I/O 请求，操作系统就会负责完成操作。当 I/O 操作完成时，操作系统会通知程序。AIO 效率最高，但编程模型也最复杂。

代码示例：

// AIO 读取文件
AsynchronousFileChannel afc = AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("file.txt"));
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
afc.read(buffer, 0, null, new CompletionHandler<>() {
    // I/O 操作完成后的处理代码
});

BIO、NIO 和 AIO 的比较

I/O 模型	阻塞式	非阻塞式	异步式
优点	简单易用	效率高	效率最高
缺点	效率低下	编程模型复杂	编程模型最复杂
适用场景	对性能要求不高的应用	对性能要求较高的应用	对性能要求最高的应用