BIO、NIO

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BIO（Blocking I/O）

一、是什么？
BIO（阻塞I/O）是Java传统的同步阻塞I/O模型。当线程执行读写操作时，必须等待数据完全就绪（如客户端发送数据或连接建立），期间线程会被阻塞，无法执行其他任务。

二、解决什么问题
BIO适用于简单的客户端/服务器场景，如低并发应用。它通过多线程（每个连接一个线程）处理多个客户端请求，解决基础网络通信问题。

三、核心方法

• ServerSocket.accept()：阻塞等待客户端连接。
• InputStream.read()：阻塞读取客户端数据。
• 典型流程：主线程循环监听连接，为每个连接创建新线程处理I/O。

四、应用场景

• 低并发应用（如内部管理系统）。
• 客户端数量少且连接时间短的场景。
• 简单原型开发（代码简单易实现）。

五、Java示例

// 服务端代码
public class BioServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        while (true) {
            Socket clientSocket = serverSocket.accept(); // 阻塞等待连接
            new Thread(() -> {
                try
                    BufferedReader reader = new BufferedReader(
                        new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
                    String request = reader.readLine(); // 阻塞读取数据
                    System.out.println("收到请求: " + request);
                    // 处理请求并响应
                } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }
           ).start();
        }
    }
}

六、重要注意事项

• 线程开销大：每个连接需独立线程，消耗内存（默认1MB/线程），高并发时易崩溃。
• 资源浪费：线程阻塞时CPU闲置。
• 适用性：避免用于高并发场景（如即时通讯、游戏服务器）。

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NIO（Non-blocking I/O）

一、是什么？
NIO（非阻塞I/O）是Java 1.4引入的异步I/O模型。核心是通道（Channel）、缓冲区（Buffer） 和选择器（Selector），线程通过选择器轮询多个通道的就绪状态，无需阻塞等待。

二、解决什么问题
解决BIO的高并发瓶颈：

1. 单线程管理多连接：通过Selector轮询，一个线程处理数千连接。
2. 零拷贝技术：减少数据在内存中的复制次数，提升传输效率。
3. 避免线程阻塞：线程只在有就绪事件时工作，否则执行其他任务。

三、核心组件

1. Channel：双向通信管道（如ServerSocketChannel）。
2. Buffer：数据容器（如ByteBuffer）。
3. Selector：监听多个Channel的事件（如连接、读写就绪）。

四、应用场景

• 高并发服务（如聊天服务器、API网关）。
• 需要长连接的应用（如WebSocket）。
• 大数据传输（零拷贝优化性能）。

五、Java示例

// 服务端代码
public class NioServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverChannel.configureBlocking(false); // 非阻塞模式
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 注册连接事件

        while (true) {
            selector.select(); // 阻塞直到有事件就绪
            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                SelectionKey key = iter.next();
                if (key.isAcceptable()) {
                    // 处理新连接
                    SocketChannel client = serverChannel.accept();
                    client.configureBlocking(false);
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 读取数据（非阻塞）
                    SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    client.read(buffer);
                    buffer.flip();
                    System.out.println("收到数据: " + new String(buffer.array()));
                }
                iter.remove();
            }
        }
    }
}

六、重要注意事项

• 编程复杂：需处理事件循环、缓冲区状态（flip/clear）。
• 空轮询问题：Linux下Selector可能因Bug无限循环，需用epoll替代。
• 适用性：适合高并发，但简单场景用BIO更快捷。

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BIO vs NIO 区别

特性	BIO	NIO
阻塞方式	同步阻塞（线程必须等待）	同步非阻塞（线程轮询事件）
线程模型	1连接 = 1线程	1线程处理多连接
并发能力	低（线程数限制）	高（可支持数万连接）
资源消耗	高（线程内存开销大）	低（少量线程+事件驱动）
适用场景	低并发、短连接	高并发、长连接
复杂度	简单（直同步代码）	复杂（需理解Selector/Buffer）

总结

• BIO：简单易用，适合低并发场景，但资源效率低。
• NIO：复杂但高效，适合高并发和长连接，需掌握事件驱动模型。
• 选择建议：
  • 快速开发小应用 → BIO。
  • 高性能服务器（如Netty底层）→ NIO。
  • Java 7+推荐使用更简化的NIO.2（AIO）。