IO 与 NIO 的区别：Java 输入输出的演进与核心差异

一、核心概念

1. Java IO（传统IO）

• 面向流（Stream-Oriented）：以字节或字符流的形式逐字节处理数据。

• 阻塞式（Blocking）：线程在读写操作完成前会被阻塞，无法执行其他任务。

• 适用场景：简单的文件操作或低并发网络通信。

2. Java NIO（New IO）

• 面向缓冲区（Buffer-Oriented）：数据先读入缓冲区，再通过通道（Channel）批量处理。

• 非阻塞式（Non-Blocking）：线程可注册多个通道到选择器（Selector），轮询就绪事件。

• 适用场景：高并发网络服务（如聊天服务器、文件传输）。

二、核心差异对比

三、核心组件详解

1. Java IO 的核心类

• 字节流：InputStream、OutputStream（如 FileInputStream）。

• 字符流：Reader、Writer（如 BufferedReader）。

• 典型代码：

  try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");
       BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(fis))) {
      String line;
      while ((line = reader.readLine()) != null) {
          System.out.println(line);
      }
  }

2. Java NIO 的核心类

• 通道（Channel）：连接数据源与缓冲区的双向管道（如 FileChannel、SocketChannel）。

• 缓冲区（Buffer）：存储数据的容器（如 ByteBuffer）。

• 选择器（Selector）：监听多个通道的就绪事件（如读、写、连接）。

• 典型代码：

  // 使用 Channel 和 Buffer 读取文件
  try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("file.txt"))) {
      ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
      while (channel.read(buffer) != -1) {
          buffer.flip(); // 切换为读模式
          while (buffer.hasRemaining()) {
              System.out.print((char) buffer.get());
          }
          buffer.clear(); // 清空缓冲区，准备下次写入
      }
  }

四、工作机制对比

1. 阻塞式 IO 模型

• 单线程处理流程：

  读取数据 -> 处理数据 -> 写入数据（阻塞直到完成）

• 缺点：每个连接需独立线程，资源消耗大，不适合高并发。

2. 非阻塞式 NIO 模型

• 多路复用流程：

  注册通道到 Selector -> 轮询就绪事件 -> 处理就绪通道

• 优势：单线程管理数千连接，高效利用资源。

五、性能与应用场景

1. IO 的适用场景

• 文件读写（如日志处理）。

• 低并发网络请求（如单用户客户端工具）。

2. NIO 的适用场景

• 高并发服务器（如 WebSocket 服务器、即时通讯）。

• 大文件传输（零拷贝技术优化性能）。

• 需要非阻塞或异步处理的场景。

六、NIO 的扩展：NIO.2（AIO）

Java 7 引入的 异步通道（AsynchronousChannel） 进一步扩展了 NIO：

• 异步非阻塞：通过回调（Callback）或 Future 处理完成事件。

• 典型类：AsynchronousFileChannel、AsynchronousSocketChannel。

七、总结

选择建议

• 传统 IO：优先用于简单的文件操作或低并发场景。

• NIO：用于高并发网络服务或需要非阻塞处理的场景。

• NIO.2（AIO）：需要异步处理时选择（如大文件异步读写）。

通过理解 IO 与 NIO 的核心差异，开发者可以更高效地选择适合的工具，构建高性能的 Java 应用。