Java IO和NIO的区别及使用指南

# 1. 介绍Java IO和NIO

## 1.1 Java IO的概念和工作原理

Java IO（Input/Output）是一种用于处理输入和输出的机制。它提供了一套丰富的类和方法，用于读取和写入文件、使用网络套接字进行通信以及操作其它IO设备。

在Java IO中，数据流是核心概念之一。数据流用于在程序和文件之间传输数据，它分为输入流和输出流两种类型。输入流用于从外部设备（如磁盘、网络）读取数据到程序中，而输出流则用于将程序中的数据写入外部设备。

Java IO的工作原理是通过使用流来实现。输入流从数据源（如文件）读取数据，然后将数据传输给程序进行处理。输出流将程序处理后的数据写入目标（如文件）中。

## 1.2 Java NIO的概念和工作原理

Java NIO（New IO）是Java IO的改进版本，提供了更高效和更灵活的IO操作方式。

Java NIO的核心概念是通道（Channel）和缓冲区（Buffer）。通道表示一个与IO设备进行交互的对象，用于读取和写入数据。缓冲区是一个连续的、固定大小的内存块，用于存储数据。在Java NIO中，程序通过将数据从通道读取到缓冲区，或将数据从缓冲区写入通道来实现读写操作。

与Java IO不同，Java NIO采用非阻塞IO模型。在非阻塞IO中，程序可以向通道发送读写请求，无需等待数据的到达或写入完成，从而实现并发处理。

Java NIO的工作原理是通过使用选择器（Selector）和事件驱动方式来实现。选择器可以同时监控多个通道的状态，一旦有可读或可写事件到达，选择器会通知程序进行处理。这样可以大大提高程序的处理效率。

Java NIO相比于Java IO具有更高的性能和更好的可伸缩性，尤其在处理大量并发连接时表现出色。在网络编程、服务器开发等领域，Java NIO被广泛应用。

以上是对Java IO和NIO的简要介绍，接下来的章节将深入探讨它们的特点、应用场景以及性能对比等内容。

# 2. Java IO的特点和应用场景

### 2.1 同步阻塞IO的特点及应用

在Java IO中，同步阻塞IO是最基本的IO模型。它的特点是当用户线程发起IO请求后，必须等待IO操作完成才能继续向下执行。这意味着IO操作会阻塞用户线程，导致资源的浪费。但是在某些场景下，同步阻塞IO仍然有其应用价值，例如简单的文件读写、小规模的网络通信等。

import java.io.*;

public class SyncBlockingIO {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("input.txt");
            InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(fileInputStream);
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);

            String line;
            while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }

            bufferedReader.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述代码使用了同步阻塞IO模型读取文件内容并在控制台输出。但是需要注意的是，如果文件过大或者网络传输数据量大，同步阻塞IO模型将会导致性能下降。

### 2.2 多线程IO的特点及应用

为了避免同步阻塞IO的性能问题，在Java中可以通过多线程IO来提高IO操作的效率。多线程IO的特点是将IO操作放入单独的线程中执行，从而避免阻塞用户主线程。

import java.io.*;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class MultiThreadIO {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        executorService.execute(() -> {
            try {
                FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("input.txt");
                InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(fileInputStream);
                BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);

                String line;
                while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
                    System.out.println(line);
                }

                bufferedReader.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        executorService.shutdown();
    }
}

上述代码使用了多线程IO模型读取文件内容，将IO操作放入线程池中执行，从而避免阻塞主线程。但是需要注意的是，多线程IO也需要考虑线程安全和资源管理的问题。

### 2.3 Java IO在网络编程中的应用

除了文件读写，Java IO也被广泛应用于网络编程中。使用Socket进行网络通信时，同步阻塞IO模型是最常见的一种模型。

import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class SocketClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
            printWriter.write("Hello, Server.");
            printWriter.flush();

            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
            String response = bufferedReader.readLine();
            System.out.println("Server response: " + response);

            socket.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述代码展示了一个简单的Socket客户端，通过同步阻塞IO模型与服务器进行通信。然而，由于同步阻塞IO模型存在阻塞问题，因此在高并发场景下可能不适用。