1. 什么是 I/O？

答：
I/O（Input/Output）即输入输出，是程序与外部设备（如磁盘、网络、键盘等）进行数据交换的过程。
在 Java 中，I/O 是以**流（Stream）**为基础进行串行化读写的，所有数据按顺序通过输入流或输出流传输。

典型场景：从服务器下载图片 → 网络流 → 内存 → 文件流 → 硬盘。

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2. 同步 vs 异步、阻塞 vs 非阻塞的区别？

概念	含义	类比
同步（Synchronous）	调用后必须等待结果返回才能继续执行	打电话，必须等对方接通
异步（Asynchronous）	调用后立即返回，结果通过回调/通知获取	发微信，发完可以干别的事
阻塞（Blocking）	线程挂起，无法执行其他任务	钓鱼时一直盯着鱼竿
非阻塞（Non-blocking）	线程可继续执行其他任务	钓鱼时看书，偶尔看一眼鱼竿

⚠️ 注意：同步 ≠ 阻塞，异步 ≠ 非阻塞。它们描述的是不同维度。

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3. 什么是 BIO（Blocking I/O）？

答：
BIO 是 同步阻塞 I/O 模型：

• 客户端每发起一个连接请求，服务端就创建一个线程处理；
• 在 I/O 操作完成前，线程被阻塞，不能做其他事；
• 适用于连接数少且固定的场景（如传统企业应用）；
• JDK 1.4 之前唯一选择。

缺点： 并发量高时线程数爆炸，资源消耗大，上下文切换开销高。

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4. 什么是 NIO（Non-blocking I/O）？

答：
NIO 是 同步非阻塞 I/O 模型（JDK 1.4 引入）：

• 基于 Channel（通道） + Buffer（缓冲区） + Selector（多路复用器）；
• 一个线程通过 Selector 轮询多个 Channel，只有当 Channel 有 I/O 事件时才处理；
• 适用于高并发、短连接场景（如聊天服务器）。

核心组件：

• ServerSocketChannel：监听连接
• SocketChannel：读写数据
• Selector：监听多个 Channel 的事件

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5. 什么是 AIO（Asynchronous I/O）？

答：
AIO 是 异步非阻塞 I/O 模型（JDK 1.7 引入，也称 NIO.2）：

• 应用发起 I/O 请求后立即返回，操作系统在后台完成 I/O；
• 完成后通过回调函数或Future通知应用；
• 适用于长连接、高吞吐场景（如文件服务器、相册服务）。

✅ 本质：由 OS 内核完成 I/O，应用无需轮询或阻塞。

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6. 什么是 Netty？

答：
Netty 是一个高性能、异步事件驱动的网络应用框架，基于 NIO 封装：

• 简化了 NIO 编程复杂度；
• 提供丰富的协议支持（HTTP、WebSocket、Redis 等）；
• 内置线程模型、内存管理、心跳机制、流量控制等；
• 被广泛用于 Dubbo、RocketMQ、Elasticsearch 等中间件。

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7. BIO、NIO、AIO 的区别？

特性	BIO	NIO	AIO
模型	同步阻塞	同步非阻塞	异步非阻塞
线程模型	1 连接 = 1 线程	1 线程 = 多连接（Reactor）	1 请求 = 1 线程（Proactor）
数据读写	流（Stream）	Buffer + Channel	Future / Callback
适用场景	低并发、简单应用	高并发、短连接	高并发、长连接、大文件
编程难度	简单	复杂	更复杂

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8. Java IO 流如何分类？

答：
按数据单位：

• 字节流：InputStream / OutputStream，处理二进制数据（图片、视频）
• 字符流：Reader / Writer，处理文本（自动编码转换）

按流向：

• 输入流：从外部 → 内存
• 输出流：从内存 → 外部

按功能：

• 节点流：直接操作数据源（如 FileInputStream）
• 处理流：包装节点流，提供增强功能（如 BufferedInputStream、ObjectOutputStream）

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9. 什么是内核空间？

答：
操作系统将内存分为：

• 用户空间：应用程序运行区域，无权直接访问硬件；
• 内核空间：OS 内核运行区域，拥有最高权限，可操作硬件（如磁盘、网卡）。

I/O 过程：用户程序 → 系统调用 → 内核空间读取数据 → 拷贝到用户空间。

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10. 五种 I/O 模型是什么？

1. 阻塞 I/O（BIO）：线程阻塞直到数据就绪并拷贝完成。
2. 非阻塞 I/O（NIO）：线程轮询检查数据是否就绪。
3. I/O 多路复用（select/poll/epoll）：单线程监听多个 fd，任一就绪即处理（NIO 核心）。
4. 信号驱动 I/O（SIGIO）：内核就绪后发送信号通知应用。
5. 异步 I/O（AIO）：内核完成全部 I/O（包括拷贝）后通知应用。

✅ Linux 主流使用 epoll（多路复用），Windows 支持 IOCP（AIO）。

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11. Bit、Byte、Char 的区别？

单位	长度	说明
Bit（位）	1 bit	最小单位，值为 0 或 1
Byte（字节）	8 bits	存储单位，byte 类型范围 -128~127
Char（字符）	16 bits（UTF-16）	表示一个 Unicode 字符，范围 0~65535

💡 1 字符 = 2 字节（Java 中），但实际编码可能不同（如 UTF-8 中英文占 1~4 字节）。

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12. 什么是对象序列化和反序列化？

答：

• 序列化：将 Java 对象转换为字节流，便于存储或网络传输；
• 反序列化：将字节流恢复为 Java 对象。

实现方式：

• 类实现 Serializable 接口；
• 不想序列化的字段加 transient 修饰。

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13. serialVersionUID 的作用？

答：
serialVersionUID 是类的版本标识，用于反序列化时校验类是否兼容：

• 若未显式定义，JVM 会根据类结构自动生成；
• 类结构变化（如增删字段）会导致 UID 变化，反序列化失败（InvalidClassException）；
• 建议显式定义：private static final long serialVersionUID = 1L;

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14. 如何生成 serialVersionUID？

答：
两种方式：

1. 固定值：1L（适合不关心版本兼容）
2. IDE 自动生成（推荐）：
   • Eclipse/IDEA：提示后自动生成基于类结构的 hash 值；
   • 命令行：serialver com.example.User

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15. BufferedReader 属于哪种流？常用方法？

答：

• 属于字符处理流（包装 Reader）；
• 内部带缓冲区，减少磁盘 I/O 次数；
• 经典方法：
  • readLine()：按行读取，返回 null 表示结束；
  • close()：关闭流（会自动 flush）。

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16. Java IO 流的顶级超类有哪些？

答： 四大抽象基类：

• InputStream（字节输入）
• OutputStream（字节输出）
• Reader（字符输入）
• Writer（字符输出）

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17. 为什么图片/视频必须用字节流？

答：
因为这些文件是二进制数据，不是文本字符。
字符流会尝试按字符编码（如 UTF-8）解析，导致乱码或损坏；字节流原样传输，保证完整性。

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18. BIO 服务端为何要多线程？

答：
BIO 中 serverSocket.accept() 和 inputStream.read() 都是阻塞的：

• 单线程下，处理一个客户端时，其他客户端无法连接；
• 多线程：每个连接分配独立线程，避免相互阻塞。

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19. 多线程 BIO 的瓶颈是什么？

答：

• 线程数 = 连接数，高并发时线程爆炸；
• 线程上下文切换开销大；
• 内存占用高（每个线程栈约 1MB）；
• CPU 资源浪费在大量空闲 I/O 等待上。

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20. 线程池能彻底解决 BIO 问题吗？

答：
不能。线程池只是限制线程数量，但：

• 当并发连接 > 线程池大小时，新连接仍需排队；
• 每个线程仍阻塞在 I/O 上，CPU 利用率低；
• 本质仍是“1 线程 : 1 连接”，无法突破模型限制。

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21. NIO 的核心组件有哪些？

答：

• Buffer：数据容器（ByteBuffer, CharBuffer 等）
• Channel：双向通道（FileChannel, SocketChannel）
• Selector：多路复用器，监听多个 Channel 的事件
• SelectionKey：表示 Channel 注册到 Selector 的状态（OP_READ/OP_WRITE 等）

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22. NIO 中 Buffer 的重要属性？

答：
Buffer 有三个关键指针：

• position：当前读写位置
• limit：最多能读/写到的位置
• capacity：缓冲区总容量

常用方法：flip()（切换读写模式）、clear()（重置指针）、compact()（压缩未读数据）。

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23. Selector 的工作原理？

答：

1. 将 Channel 注册到 Selector，指定关注事件（如 OP_ACCEPT）；
2. 调用 selector.select() 阻塞等待事件就绪；
3. 获取就绪的 SelectionKey 集合；
4. 根据事件类型（accept/read/write）分发处理；
5. 处理完后移除 key，避免重复处理。

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24. NIO 编程的难点是什么？

答：

• 粘包/半包问题：TCP 是流协议，需自行拆包（如定长、分隔符、长度头）；
• Buffer 管理复杂：需手动 flip/clear，易出错；
• 异常处理繁琐：如客户端断开需清理资源；
• 多线程安全：Selector 非线程安全，需注意并发。

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25. AIO 的核心类有哪些？

答：（JDK 1.7+）

• AsynchronousServerSocketChannel：异步服务端通道
• AsynchronousSocketChannel：异步客户端通道
• 回调方式：
  • CompletionHandler：事件回调接口
  • Future：获取异步结果

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26. Netty 的线程模型是什么？

答： 主从 Reactor 多线程模型：

• BossGroup：1 ~ N 个线程，负责 Accept 新连接；
• WorkerGroup：N 个线程，负责处理 I/O 读写；
• 每个 Channel 绑定到一个 EventLoop（线程），保证线程安全；
• 业务逻辑可提交到业务线程池，避免阻塞 I/O 线程。

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27. Netty 如何解决粘包/半包问题？

答： 提供多种解码器（Decoder）：

• FixedLengthFrameDecoder：定长消息
• DelimiterBasedFrameDecoder：分隔符（如 \n）
• LengthFieldBasedFrameDecoder：长度字段（最常用）
• 自定义 ByteToMessageDecoder

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28. Netty 的零拷贝体现在哪里？

答： 三方面：

1. 堆外内存（Direct Buffer）：减少 JVM 堆内存拷贝；
2. CompositeByteBuf：组合多个 Buffer，避免合并拷贝；
3. FileRegion：文件传输使用 transferTo()，绕过用户态（内核态直传）。

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29. Netty 的心跳机制如何实现？

答： 使用 IdleStateHandler：

• 添加到 Pipeline；
• 配置读/写/全空闲超时时间；
• 触发 userEventTriggered() 事件；
• 在 Handler 中发送心跳包或关闭连接。

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30. Netty 的 ChannelPipeline 是什么？

答：
ChannelPipeline 是 责任链模式 的实现：

• 每个 Channel 有一个 Pipeline；
• 包含多个 ChannelHandler（Inbound/Outbound）；
• I/O 事件按顺序传递（如 decode → business → encode）；
• 支持动态添加/删除 Handler。

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31. BIO、NIO、AIO 在 Linux 上的底层支持？

答：

• BIO：基于 read() / write() 系统调用；
• NIO：基于 select / poll / epoll（Linux 高性能用 epoll）；
• AIO：Linux 原生 AIO（io_uring 新模型）支持较弱，Windows IOCP 成熟。

⚠️ Java AIO 在 Linux 上实际是用线程池模拟的，并非真异步。

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32. 为什么 Netty 不直接用 AIO？

答：

• Linux 对 AIO 支持不完善，性能不如 epoll；
• Netty 基于 NIO（epoll）已足够高效；
• AIO 编程复杂，调试困难；
• Netty 4.x 曾尝试 AIO，后因稳定性放弃。

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33. 如何优化 Netty 性能？

答：

• 使用 Epoll（Linux 下替换 NIO 为 Native Transport）；
• 合理设置 Boss/Worker 线程数（CPU 核数）；
• 使用 池化 ByteBuf（PooledByteBufAllocator）；
• 业务逻辑异步化，避免阻塞 EventLoop；
• 启用 TCP 参数优化（SO_REUSEADDR, TCP_NODELAY 等）。

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34. Netty 的内存泄漏如何排查？

答：

• 开启 ResourceLeakDetector.setLevel(ADVANCED)；
• 观察日志中 LEAK 警告；
• 确保每次 ByteBuf 使用后调用 release()；
• 使用 ReferenceCountUtil.release() 安全释放。

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35. Netty 在哪些知名项目中使用？

答：

• Dubbo：RPC 通信
• RocketMQ：消息传输
• Elasticsearch：节点通信
• Cassandra：分布式数据库
• gRPC-Java：底层网络层

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✅ 总结：

• BIO：简单但低效，适合教学或低并发；
• NIO：高并发基石，但编码复杂；
• AIO：理论先进，落地受限；
• Netty：工业级 NIO 封装，面试必问、项目首选。