一、IO模型概述
Java中的IO模型主要分为BIO（同步阻塞IO）、NIO（同步非阻塞IO）和AIO（异步非阻塞IO）三种。它们分别适用于不同的业务场景，理解其核心机制对高性能网络编程至关重要。
二、BIO：同步阻塞IO
1. 核心机制
BIO基于“一连接一线程”模型，服务端通过ServerSocket监听端口，客户端通过Socket发起连接。当服务端调用accept()或read()时，线程会阻塞直至数据就绪。
2. 代码示例
服务端代码片段：
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(); // 阻塞直至数据到达
客户端代码片段：
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);
PrintStream ps = new PrintStream(socket.getOutputStream());
ps.println("Hello BIO!");
ps.flush();
3. 优缺点分析
- 优点：编程简单，适合低并发场景。
- 缺点：线程资源消耗大，高并发时易导致线程栈溢出。
三、NIO：同步非阻塞IO
1. 核心组件
NIO的三大核心为通道（Channel）、缓冲区（Buffer）和选择器（Selector）：
- Channel：双向通信管道，替代BIO的单向流。
- Buffer：数据存储容器，支持高效读写。
- Selector：多路复用器，单线程管理多个Channel的事件。
2. 工作机制
通过Selector.select()监听事件，实现非阻塞IO。服务端仅需一个线程即可处理多个连接请求，显著提升性能。
服务端代码片段：
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(); // 事件监听Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();while (iter.hasNext()) {SelectionKey key = iter.next();if (key.isAcceptable()) {// 处理连接事件} else if (key.isReadable()) {// 处理读事件}iter.remove();}
}
3. Buffer操作流程
- 写入数据：
buffer.put(data) - 切换为读模式：
buffer.flip() - 读取数据：
buffer.get() - 清空缓冲区：
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. 适用场景
适用于高并发短连接场景（如聊天服务器）。
四、AIO：异步非阻塞IO
1. 核心机制
AIO基于操作系统级别的异步通知机制，IO操作由OS完成后回调通知应用，无需线程阻塞。核心类包括AsynchronousServerSocketChannel和CompletionHandler。
2. 代码示例
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("收到数据：" + new String(buf.array()));}});}
});
3. 适用场景
适合长连接、重操作场景（如文件服务器），但实际应用中因编程复杂度和兼容性问题，使用较少。
五、三种IO模型对比
| 特性 | BIO | NIO | AIO |
|---|---|---|---|
| 阻塞性 | 同步阻塞 | 同步非阻塞 | 异步非阻塞 |
| 线程模型 | 一连接一线程 | 单线程多路复用 | 回调通知机制 |
| 适用场景 | 低并发、简单业务 | 高并发短连接（如IM系统） | 高并发长连接（如文件传输） |
| 编程复杂度 | 简单 | 复杂 | 复杂 |
| JDK支持 | JDK1.0 | JDK1.4 | JDK1.7 |
六、总结
- BIO：适合快速原型开发，但需避免用于高并发场景。
- NIO：Netty等框架的底层实现，推荐用于高性能服务器开发。
- AIO：在特定场景下性能优异，但需评估框架支持度。