在我们学习Java网络编程或者去面试的时候，总是能遇到这三个字母：BIO、NIO、AIO。

它们是什么？又有什么区别？我们在什么地方会使用到呢？

我们先来理解这三个概念：

BIO：一个连接一个线程，线程会一直等待（阻塞）

NIO：一个线程处理多个连接，有数据才处理（非阻塞）

AIO：发起请求后就去干别的，完成会自动回调（异步）

BIO（阻塞I/O）

什么是BIO？

BIO就是同步阻塞I/O，是JDK1.4之前唯一的网络编程模型。

• 同步：应用程序要亲自参与数据的搬运
• 阻塞：线程在等待数据时会被“卡住”，什么都做不了

BIO的工作原理

// 简化版代码示例
while (true) {
    Socket socket = serverSocket.accept(); // 阻塞，等待客户端连接
    // 为每个连接创建一个新线程
    new Thread(() -> {
        InputStream input = socket.getInputStream();
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len = input.read(buffer); // 阻塞，等待数据到达
        // 处理数据...
    }).start();
}

工作流程：

1. 服务器启动，等待客户端连接
2. 客户端连接后，服务器创建专属线程为其服务
3. 该线程阻塞在read()方法上，直到客户端发送数据
4. 处理完数据后，线程可能继续阻塞等待下一次数据

日常开发都在用

// Spring MVC控制器 - 底层就是BIO
@RestController
public class UserController {
    @GetMapping("/user/{id}")
    public User getUser(@PathVariable Long id) {
        // 每个请求占用一个线程直到完成
        return userService.findById(id);
    }
}

// 数据库操作 - 也是BIO
User user = userRepository.findById(1L); // 线程等待数据库响应

使用场景：

• 内部管理系统
• 传统Web应用
• 批处理任务

优点：

• 编程简单，容易理解
• 适合初学者学习网络编程

缺点：

• 每个连接都需要一个线程，资源消耗大
• 并发量高时，线程切换开销巨大

NIO（非阻塞I/O）

什么是NIO？

NIO是同步非阻塞I/O，从JDK1.4开始引入，解决了BIO的性能瓶颈。

• 同步：应用程序还是要参与数据搬运
• 非阻塞：线程不会傻等，没有数据就立即返回

NIO的三大核心组件

1. Channel（通道）— 数据传输的管道

与传统Stream的区别：

• Stream是单向的（Input/Output分开）
• Channel是双向的，既可以读也可以写

2. Buffer（缓冲区）— 数据的临时仓库

所有数据都通过Buffer进行读写，提供了统一的数据处理方式。

3. Selector（选择器）— 高效的调度中心

核心中的核心！一个Selector可以监控成千上万的Channel，发现哪个Channel有数据就绪了，就通知相应的线程来处理。

NIO的工作原理

// 简化版工作流程
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式

// 将通道注册到选择器，关注连接事件
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while (true) {
    selector.select(); // 阻塞，直到有事件发生
    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    
    for (SelectionKey key : selectedKeys) {
        if (key.isAcceptable()) {
            // 处理连接事件
        } else if (key.isReadable()) {
            // 处理读事件
        }
    }
}

工作流程（Reactor模式）：

1. 创建Selector，相当于“调度中心”
2. 将多个Channel注册到Selector上，并声明关心的事件
3. Selector轮询所有注册的Channel
4. 当某个Channel有事件就绪时，Selector通知应用程序
5. 应用程序处理对应事件

NIO 高并发系统的核心

// Spring Cloud Gateway - 底层NIO
spring:
  cloud:
    gateway:
      routes:
      - id: user_route
        uri: lb://user-service
        predicates:
        - Path=/user/**

// WebSocket聊天 - 底层NIO  
@ServerEndpoint("/chat")
public class ChatEndpoint {
    @OnMessage
    public void onMessage(String message) {
        // 一个线程处理成千上万连接
        broadcast(message);
    }
}

使用场景：

• API网关
• 实时聊天
• 微服务调用

优点：

• 一个线程处理多个连接，资源利用率高
• 适合高并发场景
• 性能远超BIO

缺点：

• 编程复杂，理解成本高
• API使用比较繁琐

AIO（异步I/O）

什么是AIO？

AIO是异步非阻塞I/O，从JDK1.7开始引入。

• 异步：应用程序发起请求后就直接返回，内核完成所有工作后会主动回调
• 非阻塞：整个过程都不会阻塞线程

AIO的工作原理

// 异步读操作示例
AsynchronousSocketChannel channel = AsynchronousSocketChannel.open();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

// 发起异步读操作，并设置回调函数
channel.read(buffer, null, new CompletionHandler<Integer, Object>() {
    @Override
    public void completed(Integer result, Object attachment) {
        // 数据读取完成后的回调处理
        System.out.println("数据读取完成，长度：" + result);
    }
    
    @Override
    public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
        // 读取失败的处理
        exc.printStackTrace();
    }
});

工作流程（Proactor模式）：

1. 应用程序发起异步I/O请求
2. 请求立即返回，应用程序继续执行其他任务
3. 内核完成所有工作（包括数据准备和拷贝）
4. 内核主动调用应用程序设置的回调函数
5. 在回调函数中处理数据

AIO：特定场景使用

// 大文件上传 - 适合AIO
public CompletableFuture<String> uploadLargeFile(File file) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步处理，不阻塞线程
        return cloudStorage.upload(file);
    });
}

使用场景：

• 大文件处理
• 云存储服务
• 金融交易

优点：

• 真正的异步，性能理论上最好
• 不会阻塞任何线程

缺点：

• 编程模型最复杂
• Linux平台支持不如Windows完善
• 实际很少使用

总结

三种模式对比

特性	BIO	NIO	AIO
全称	同步阻塞I/O	同步非阻塞I/O	异步非阻塞I/O
编程难度	简单	复杂	很复杂
线程模型	一个连接一个线程	一个线程处理多个连接	回调机制，少量线程
性能	低	高	理论上最高
适用场景	连接数少	高并发、短连接	高并发、长连接、大数据量

技术选型指南

场景	选择	原因
普通Web应用	BIO	开发简单
高并发API	NIO	性能好
实时通信	NIO	支持多连接
文件处理	AIO	异步优势

技术是为业务服务的！没有最好的技术，只有最适合业务场景的技术。

日常开发用BIO，高并发用NIO，特殊需求用AIO。不用纠结，大部分情况下框架都帮你选好了。

本文首发于公众号：程序员刘大华，专注分享前后端开发的实战笔记。关注我，少走弯路，一起进步！

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