Java基础教程（十一）输入和输出：Java I/O 终极指南，从 BIO 到 NIO.2 的深度剖析与实战技巧

Java I/O：从BIO到NIO.2深度剖析

最新推荐文章于 2025-11-26 15:59:01 发布

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一、核心机制深度解析

BIO (Blocking I/O - 阻塞式 I/O)

- 基础： 基于流（Stream）。InputStream/OutputStream 处理字节，Reader/Writer 处理字符。
- 模型： 同步阻塞。线程在读/写操作完成前一直被挂起。
- 瓶颈： 高并发时需大量线程，线程创建/切换开销巨大，资源利用率低。
- 场景： 连接数少、逻辑简单。

NIO (New I/O / Non-blocking I/O - 新 I/O / 非阻塞 I/O)

- 核心三剑客：

- - Buffer： 数据容器（ByteBuffer, CharBuffer 等），提供高效读写方法。
  - Channel： 连接源（文件、套接字）的双向通路（FileChannel, SocketChannel, ServerSocketChannel）。数据总是先读入 Buffer 或从 Buffer 写出。
  - Selector： 单线程监听多个 Channel 的 I/O 事件（连接就绪、读就绪、写就绪），实现多路复用。

- 模型： 同步非阻塞。线程发起 I/O 请求后立即返回，通过 Selector 轮询就绪事件再处理，避免线程阻塞。
- 优势： 单线程可管理大量连接，极大提升并发能力和资源利用率。
- 场景： 高并发网络应用（聊天服务器、游戏服务器）。

NIO.2 (Java 7+ - 真正的异步 I/O 基础)

- Path 与 Files： 替代笨拙的 File 类，提供丰富、便捷的文件系统操作。
- AsynchronousFileChannel： 支持异步文件 I/O，操作完成后回调通知。
- AsynchronousSocketChannel： 支持异步套接字 I/O。
- 优势： 文件操作更现代简洁；提供真正的异步 I/O (AIO) 支持（基于回调或 Future），进一步释放线程资源。

二、关键示例代码

示例 1：BIO 文件复制 (效率较低)

try (InputStream is = new FileInputStream("source.txt");
     OutputStream os = new FileOutputStream("dest_bio.txt")) {
    byte[] buffer = new byte[1024];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = is.read(buffer)) != -1) { // 阻塞点
        os.write(buffer, 0, bytesRead); // 阻塞点
    }
}

示例 2：NIO 文件复制 (更高效，利用 Channel 和 Buffer)

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("source.txt");
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("dest_nio.txt");
     FileChannel inChannel = fis.getChannel();
     FileChannel outChannel = fos.getChannel()) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); // 可分配直接缓冲区(更快)
    while (inChannel.read(buffer) != -1) { // 非阻塞模式下可能读0字节，此处简化
        buffer.flip(); // 切换为读模式
        outChannel.write(buffer); // 写入
        buffer.clear(); // 清空/切换为写模式
    }
}

示例 3：NIO.2 文件复制 (简洁现代)

Path source = Paths.get("source.txt");
Path dest = Paths.get("dest_nio2.txt");
Files.copy(source, dest, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING); // 一行搞定！

示例 4：NIO 非阻塞网络通信核心 (Selector 监听)

Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
ssc.configureBlocking(false); // 非阻塞模式
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 注册ACCEPT事件

while (true) {
    if (selector.select() > 0) { // 阻塞直到有事件就绪
        Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
        Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            SelectionKey key = iter.next();
            iter.remove();
            if (key.isAcceptable()) { // 处理新连接
                ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
                SocketChannel client = server.accept();
                client.configureBlocking(false);
                client.register(selector, SelectionKey.OP_READ); // 监听新连接的读
            } else if (key.isReadable()) { // 处理可读
                SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
                ByteBuffer buffer = ...;
                int read = client.read(buffer); // 非阻塞读取
                if (read > 0) { ... } // 处理数据
                else if (read == -1) { client.close(); } // 关闭连接
            }
        }
    }
}