一、IO模型概述

Java中的IO模型主要分為BIO（同步阻塞IO）、NIO（同步非阻塞IO）和AIO（異步非阻塞IO）三種。它們分別適用于不同的業務場景，理解其核心機制對高性能網絡編程至關重要。

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二、BIO：同步阻塞IO

1. 核心機制

BIO基于“一連接一線程”模型，服務端通過ServerSocket監聽端口，客戶端通過Socket發起連接。當服務端調用accept()或read()時，線程會阻塞直至數據就緒。

2. 代碼示例

服務端代碼片段：

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
Socket socket = serverSocket.accept(); // 阻塞
InputStream is = socket.getInputStream();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
String msg = br.readLine(); // 阻塞直至數據到達

客戶端代碼片段：

Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);
PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
ps.println("Hello BIO!");
ps.flush();

3. 優缺點分析

• 優點：編程簡單，適合低并發場景。
• 缺點：線程資源消耗大，高并發時易導致線程棧溢出。

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三、NIO：同步非阻塞IO

1. 核心組件

NIO的三大核心為通道（Channel）、緩沖區（Buffer）和選擇器（Selector）：

• Channel：雙向通信管道，替代BIO的單向流。
• Buffer：數據存儲容器，支持高效讀寫。
• Selector：多路復用器，單線程管理多個Channel的事件。

2. 工作機制

通過Selector.select()監聽事件，實現非阻塞IO。服務端僅需一個線程即可處理多個連接請求，顯著提升性能。

服務端代碼片段：

ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.configureBlocking(false);
serverChannel.bind(new InetSocketAddress(9090));
Selector selector = Selector.open();
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (true) {selector.select(); // 事件監聽Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();while (iter.hasNext()) {SelectionKey key = iter.next();if (key.isAcceptable()) {// 處理連接事件} else if (key.isReadable()) {// 處理讀事件}iter.remove();}
}

3. Buffer操作流程

1. 寫入數據：buffer.put(data)
2. 切換為讀模式：buffer.flip()
3. 讀取數據：buffer.get()
4. 清空緩沖區：buffer.clear()

示例：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("Hello NIO".getBytes());
buffer.flip();
while (buffer.hasRemaining()) {System.out.print((char) buffer.get());
}

4. 適用場景

適用于高并發短連接場景（如聊天服務器）。

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四、AIO：異步非阻塞IO

1. 核心機制

AIO基于操作系統級別的異步通知機制，IO操作由OS完成后回調通知應用，無需線程阻塞。核心類包括AsynchronousServerSocketChannel和CompletionHandler。

2. 代碼示例

AsynchronousServerSocketChannel server = AsynchronousServerSocketChannel.open();
server.bind(new InetSocketAddress(9090));
server.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {@Overridepublic void completed(AsynchronousSocketChannel client, Void attachment) {ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);client.read(buffer, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {@Overridepublic void completed(Integer result, ByteBuffer buf) {System.out.println("收到數據：" + new String(buf.array()));}});}
});

3. 適用場景

適合長連接、重操作場景（如文件服務器），但實際應用中因編程復雜度和兼容性問題，使用較少。

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五、三種IO模型對比

特性	BIO	NIO	AIO
阻塞性	同步阻塞	同步非阻塞	異步非阻塞
線程模型	一連接一線程	單線程多路復用	回調通知機制
適用場景	低并發、簡單業務	高并發短連接（如IM系統）	高并發長連接（如文件傳輸）
編程復雜度	簡單	復雜	復雜
JDK支持	JDK1.0	JDK1.4	JDK1.7

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六、總結

1. BIO：適合快速原型開發，但需避免用于高并發場景。
2. NIO：Netty等框架的底層實現，推薦用于高性能服務器開發。
3. AIO：在特定場景下性能優異，但需評估框架支持度。