Java 面试八股文2023：IO 与 NIO 的区别与应用

# 1. **了解 IO 和 NIO**

**1.1 IO 概述**
- IO（Input/Output）是指输入和输出，是程序与外部世界交换数据的方式。
- IO 操作是一个底层的操作，涉及到数据在内存和外部设备之间的传输。

**1.2 NIO 概述**
- NIO（New IO）是 Java 提供的一套非阻塞 IO 的解决方案，引入了 Channel、Buffer、Selector 等新的概念。
- NIO 可以让程序员实现高速 I/O 操作，提供了对网络操作的支持。

| IO | NIO |
| --- | --- |
| 基于字节流和字符流进行操作 | 基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作 |
| 阻塞 IO | 非阻塞 IO |
| 适用于低负载、低并发的场景 | 适用于高负载、高并发的网络应用 |

在接下来的章节中，我们将深入探讨 IO 和 NIO 的基本概念、区别、应用场景和性能比较。

# 2. IO 与 NIO 的基本概念

在学习 IO（Input/Output）和 NIO（Non-blocking IO）之前，我们先来了解它们的基本概念。

1. **IO 的工作原理**
- IO 是一种面向流的方式，数据依次从一个地方流向另一个地方。在使用传统的 IO 模式时，每个流都与一个线程关联，因此对每个连接都需要一个单独的线程来处理读写操作。

2. **NIO 的工作原理**
- NIO 则是基于事件驱动的模型，允许一个线程同时处理多个连接。通过 Selector 监控多个 Channel 的状态，当某个 Channel 完成读写或是连接操作时，会通知程序进行相应的处理。

下面我们通过代码示例来演示 IO 和 NIO 的基本工作原理。

// IO 示例代码
public void traditionalIOExample() throws IOException {
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
    while (true) {
        Socket socket = serverSocket.accept(); // 阻塞等待客户端连接
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        // 读取数据
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int length = inputStream.read(buffer);
        // 处理数据
        String data = new String(buffer, 0, length);
        // 写入数据
        outputStream.write(("Received: " + data).getBytes());
        socket.close();
    }
}

// NIO 示例代码
public void nonBlockingIOExample() throws IOException {
    ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
    serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));
    serverSocketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式
    Selector selector = Selector.open();
    serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    while (true) {
        selector.select();
        Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
        for (SelectionKey key : selectedKeys) {
            if (key.isAcceptable()) {
                // 处理连接请求
                ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) key.channel();
                SocketChannel socketChannel = channel.accept();
                // 处理读写操作
                // ...
            }
            selectedKeys.remove(key);
        }
    }
}

通过以上代码示例，我们可以看到 IO 是基于阻塞模式的，而 NIO 则是基于事件驱动的非阻塞模式。在高并发场景下，NIO 能更加高效地处理大量的连接请求。

# 3. **IO 与 NIO 的区别**

在 Java 编程中，IO 和 NIO 是两种不同的 I/O 模型，它们在处理输入输出操作时有许多不同之处。下面将详细介绍 IO 和 NIO 的区别：

#### 3.1 同步阻塞 IO 与非阻塞 IO

- **同步阻塞 IO**：
- 在传统的 IO 模型中，当程序发起一个 IO 请求后，程序会一直阻塞直到数据准备就绪，这个过程是同步的，应用程序要等待数据从磁盘读取完毕才能继续执行下面的操作。

- **非阻塞 IO**：
- 在非阻塞 IO 模型中，当程序发起一个 IO 请求后，程序会立即返回，不会阻塞等待数据准备就绪，而是通过轮询的方式不断查询数据是否就绪，这个过程是异步的，应用程序可以继续执行其他操作。

#### 3.2 面向流与面向缓冲

- **面向流**：
- IO 是面向流的，数据的读取和写入是以流的方式进行的，即逐个字节依次处理数据。

- **面向缓冲**：
- NIO 是面向缓冲区的，数据的读取和写入是通过缓冲区来进行的，可以一次性读取或写入一定大小的数据块。

下面是一个简单的 Java 示例代码演示了同步阻塞 IO 与非阻塞 IO 的区别：

// 同步阻塞 IO 示例
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;

public class BlockingIOExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("www.example.com", 80);
            // 这里会阻塞，直到连接建立完毕或发生异常
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// 非阻塞 IO 示例
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.net.InetSocketAddress;

public class NonBlockingIOExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();