酷应用

漫画：一文学会面试中常问的 IO 问题！

百家作者：程序人生 2019-07-01 14:48:58

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?Object
User1?user?=?new?User1();
user.setName("hollis");
user.setAge(23);
System.out.println(user);

//Write?Obj?to?File
ObjectOutputStream?oos?=?null;
try?{
????oos?=?new?ObjectOutputStream(new?FileOutputStream("tempFile"));
????oos.writeObject(user);
}?catch?(IOException?e)?{
????e.printStackTrace();
}?finally?{
????IOUtils.closeQuietly(oos);
}

//Read?Obj?from?File
File?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?Object
User1?user?=?new?User1();
user.setName("hollis");
user.setAge(23);
System.out.println(user);

//Write?Obj?to?File
ObjectOutputStream?oos?=?null;
try?{
????oos?=?new?ObjectOutputStream(new?FileOutputStream("tempFile"));
????oos.writeObject(user);
}?catch?(IOException?e)?{
????e.printStackTrace();
}?finally?{
????IOUtils.closeQuietly(oos);
}

//Read?Obj?from?File
File?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);

??}
}