漫画：一文学会面试中常问的 IO 问题！

作者 | 漫话编程
责编 | 伍杏玲
本文经授权转载自漫话编程（ID：mhcoding）
周末午后，在家里面进行电话面试，我问了面试者几个关于IO的问题，其中包括什么是BIO、NIO和AIO？三者有什么区别？具体如何使用等问题，但是面试者回答的并不是很满意。于是我在面试评价中写道："对Java的IO提醒理解不够深入"。恰好被女朋友看到了。

Java IO

IO，常协作I/O，是Input/Output的简称，即输入/输出。通常指数据在内部存储器（内存）和外部存储器（硬盘、优盘等）或其他周边设备之间的输入和输出。
输入/输出是信息处理系统（例如计算机）与外部世界（可能是人类或另一信息处理系统）之间的通信。
输入是系统接收的信号或数据，输出则是从其发送的信号或数据。
在Java中，提供了一些列API，可以供开发者来读写外部数据或文件。我们称这些API为Java IO。
IO是Java中比较重要，且比较难的知识点，主要是因为随着Java的发展，目前有三种IO共存。分别是BIO、NIO和AIO。

Java BIO、NIO

BIO 全称Block-IO 是一种同步且阻塞的通信模式。是一个比较传统的通信方式，模式简单，使用方便。但并发处理能力低，通信耗时，依赖网速。
Java NIO，全程 Non-Block IO ，是Java SE 1.4版以后，针对网络传输效能优化的新功能。是一种非阻塞同步的通信模式。
NIO 与原来的 I/O 有同样的作用和目的, 他们之间最重要的区别是数据打包和传输的方式。原来的 I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。
面向流的 I/O 系统一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据，一个输出流消费一个字节的数据。
面向块的 I/O 系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。但是面向块的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。

Java AIO

Java AIO，全程 Asynchronous IO，是异步非阻塞的IO。是一种非阻塞异步的通信模式。
在NIO的基础上引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。

三种IO的区别

首先，我们站在宏观的角度，重新画一下重点：
BIO （Blocking I/O）：同步阻塞I/O模式。
NIO （New I/O）：同步非阻塞模式。
AIO （Asynchronous I/O）：异步非阻塞I/O模型。
那么，同步阻塞、同步非阻塞、异步非阻塞都是怎么回事呢？关于这部分内容也可以查看《漫话：如何给女朋友解释什么是IO中的阻塞、非阻塞、同步、异步？》。
同步阻塞模式：这种模式下，我们的工作模式是先来到厨房，开始烧水，并坐在水壶面前一直等着水烧开。
同步非阻塞模式：这种模式下，我们的工作模式是先来到厨房，开始烧水，但是我们不一直坐在水壶前面等，而是回到客厅看电视，然后每隔几分钟到厨房看一下水有没有烧开。
异步非阻塞I/O模型：这种模式下，我们的工作模式是先来到厨房，开始烧水，我们不一一直坐在水壶前面等，也不隔一段时间去看一下，而是在客厅看电视，水壶上面有个开关，水烧开之后他会通知我。
阻塞VS非阻塞：人是否坐在水壶前面一直等。
同步VS异步：水壶是不是在水烧开之后主动通知人。

适用场景

BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。
NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。
AIO方式适用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

使用方式

分别使用BIO、NIO、AIO 实现文件的读取和写入：
//Initializes The ObjectUser1 user = new User1();user.setName("hollis");user.setAge(23);System.out.println(user);//Write Obj to FileObjectOutputStream oos = null;try { oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile")); oos.writeObject(user);} catch (IOException e) { e.printStackTrace();} finally { IOUtils.closeQuietly(oos);}//Read Obj from FileFile file = new File("tempFile");ObjectInputStream ois = null;try { ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file)); User1 newUser = (User1) ois.readObject(); System.out.println(newUser);} catch (IOException e) { e.printStackTrace();} catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace();} finally { IOUtils.closeQuietly(ois); try {       FileUtils.forceDelete(file); } catch (IOException e) {       e.printStackTrace(); }}//Initializes The ObjectUser1 user = new User1();user.setName("hollis");user.setAge(23);System.out.println(user);//Write Obj to FileObjectOutputStream oos = null;try { oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile")); oos.writeObject(user);} catch (IOException e) { e.printStackTrace();} finally { IOUtils.closeQuietly(oos);}//Read Obj from FileFile file = new File("tempFile");ObjectInputStream ois = null;try { ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file)); User1 newUser = (User1) ois.readObject(); System.out.println(newUser);} catch (IOException e) { e.printStackTrace();} catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace();} finally { IOUtils.closeQuietly(ois); try {       FileUtils.forceDelete(file); } catch (IOException e) {       e.printStackTrace(); }}

static void readNIO() {       String pathname = "C:\\Users\\adew\\Desktop\\jd-gui.cfg";       FileInputStream fin = null;       try {          fin = new FileInputStream(new File(pathname));          FileChannel channel = fin.getChannel();          int capacity = 100;// 字节          ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(capacity);          int length = -1;          while ((length = channel.read(bf)) != -1) {             bf.clear();             byte[] bytes = bf.array();             System.out.write(bytes, 0, length);             System.out.println();          }          channel.close();       } catch (FileNotFoundException e) {          e.printStackTrace();       } catch (IOException e) {          e.printStackTrace();       } finally {          if (fin != null) {             try {                   fin.close();             } catch (IOException e) {                   e.printStackTrace();             }          }       } } static void writeNIO() {       String filename = "out.txt";       FileOutputStream fos = null;       try {          fos = new FileOutputStream(new File(filename));          FileChannel channel = fos.getChannel();          ByteBuffer src = Charset.forName("utf8").encode("你好你好你好你好你好");          int length = 0;          while ((length = channel.write(src)) != 0) {             System.out.println("写入长度:" + length);          }       } catch (FileNotFoundException e) {          e.printStackTrace();       } catch (IOException e) {          e.printStackTrace();       } finally {          if (fos != null) {             try {                   fos.close();             } catch (IOException e) {                   e.printStackTrace();             }          }       } }

public class ReadFromFile {  public static void main(String[] args) throws Exception { Path file = Paths.get("/usr/a.txt"); AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(file); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100_000); Future result = channel.read(buffer, 0); while (!result.isDone()) {    ProfitCalculator.calculateTax(); } Integer bytesRead = result.get(); System.out.println("Bytes read [" + bytesRead + "]");  }}class ProfitCalculator {  public ProfitCalculator() {  }  public static void calculateTax() {  }}public class WriteToFile {  public static void main(String[] args) throws Exception { AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(       Paths.get("/asynchronous.txt"), StandardOpenOption.READ,       StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE); CompletionHandler handler = new CompletionHandler() {    @Override    public void completed(Integer result, Object attachment) {       System.out.println("Attachment: " + attachment + " " + result          + " bytes written");       System.out.println("CompletionHandler Thread ID: "          + Thread.currentThread().getId());    }    @Override    public void failed(Throwable e, Object attachment) {       System.err.println("Attachment: " + attachment + " failed with:");       e.printStackTrace();    } }; System.out.println("Main Thread ID: " + Thread.currentThread().getId()); fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Sample".getBytes()), 0, "First Write",       handler); fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Box".getBytes()), 0, "Second Write",       handler);  }}

滴滴滴，水开了。

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