【Java基础 | 第八篇】BIO NIO AIO

雨落倾城夜未眠丶

873人浏览 · 2026-01-22 23:12:07

雨落倾城夜未眠丶 · 2026-01-22 23:12:07 发布

BIO、NIO、AIO 的区别

NIO的原理

使用NIO的框架之一：Netty

BIO、NIO、AIO 的区别

特性	BIO (Blocking I/O) 同步阻塞 IO	NIO (Non-Blocking I/O) 同步非阻塞 IO	AIO (Asynchronous I/O) 异步非阻塞 IO
核心模型	面向流，一个连接一个线程	面向缓冲区，Reactor 模型（多路复用）	面向缓冲区，Proactor 模型
阻塞性	阻塞	非阻塞	非阻塞
同步 / 异步	同步	同步	异步
核心组件	Socket、ServerSocket	Channel、Buffer、Selector	AsynchronousSocketChannel、AsynchronousServerSocketChannel
线程模型	连接数 = 线程数（高资源消耗）	一个线程处理多个连接（多路复用）	回调 / Future 处理结果（无需轮询）
适用场景	连接数少、需求简单的场景（如简单 Socket）	连接数多、短连接（如 Netty、RPC）	连接数多、长连接（如文件下载、大数据传输）
JDK 版本	JDK 1.0+	JDK 1.4+	JDK 1.7+ (NIO.2)

BIO（同步阻塞 IO）
1. 核心特点：线程发起 IO 请求后，会一直阻塞直到数据读写完成，期间线程无法做其他事。
2. 问题：每来一个连接就需要创建一个线程，连接数多的时候会导致线程数暴增，内存占用高、上下文切换频繁，性能瓶颈明显。
NIO（同步非阻塞 IO）
1. 核心特点：
  - 非阻塞：线程发起 IO 请求后，若数据未准备好，不会阻塞，而是返回一个状态，线程可以处理其他任务。
  - 多路复用：通过 Selector（选择器）监听多个 Channel（通道）的事件（连接、读、写），一个线程就能处理多个连接，解决了 BIO 线程膨胀的问题。
  - 面向缓冲区：数据读写先经过缓冲区，而非直接操作流，更灵活。
AIO（异步非阻塞 IO）
1. 核心特点：
  - 异步：线程发起 IO 请求后，直接返回，由操作系统完成数据读写，完成后通过回调函数或 Future 通知线程处理结果，全程无需线程参与轮询。
  - 真正的非阻塞：相比 NIO（同步非阻塞，线程仍需轮询事件），AIO 完全由系统接管，线程利用率更高。

NIO的原理

通过三大核心组件协同工作实现非阻塞 IO

组件	作用	底层实现
Buffer	数据容器（读写数据的缓冲区）	基于堆内存（HeapByteBuffer）或直接内存（DirectByteBuffer，映射到系统物理内存）
Channel	数据传输通道（双向、可非阻塞）	封装操作系统的文件描述符（FileDescriptor），对应底层的 socket / 文件 IO 通道
Selector	IO 多路复用器（核心）	底层调用操作系统的 IO 多路复用 API（epoll/select/poll），监听多个 Channel 的事件

注册阶段：每个客户端（client1/client2…）通过 Channel 向 Selector 注册连接、读、写等事件。

轮询阶段：单个线程驱动 Selector，循环检测所有注册的 Channel 是否有事件就绪。

事件处理：当某个 Channel 的事件就绪时，Selector 会将其标记为就绪状态，线程获取该事件对应的 SelectionKey，并通过 Channel 和 Buffer 完成数据读写。

循环复用：线程处理完就绪事件后，继续回到 Selector 轮询下一批就绪事件，实现一个线程高效处理大量连接。

使用NIO的框架之一：Netty

Netty。

Netty 的 I/O 模型是基于非阻塞 I/O 实现的，底层依赖的是 NIO 框架的多路复用器 Selector。采用 epoll 模式后，只需要一个线程负责 Selector 的轮询。当有数据处于就绪状态后，需要一个事件分发器（Event Dispather），它负责将读写事件分发给对应的读写事件处理器（Event Handler）。事件分发器有两种设计模式：Reactor 和 Proactor，Reactor 采用同步 I/O， Proactor 采用异步 I/O。