深入理解BIO与NIO的区别及其应用

本文旨在详细介绍BIO（阻塞I/O）和NIO（非阻塞I/O）之间的主要区别，以及它们在实际开发中的应用。文章将从基本概念出发，逐步深入到技术细节，并通过代码示例进行说明。

BIO，即阻塞I/O，是一种传统的I/O模型。其特点是同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程。当客户端有连接请求时，服务器需要启动一个线程进行处理。

1.1 工作原理

在BIO模型中，每个客户端连接都会占用一个独立的线程。如果客户端数量较多，服务器需要创建大量线程来处理这些连接，这会导致资源消耗过大，影响服务器性能。

1.2 代码示例

public class BioServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        System.out.println("服务器启动成功.");
        while (true) {
            System.out.println("等待客户端请求");
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.printf("客户端[%d]请求建立连接\n", ++order);
            threadPool.execute(() -> handler(socket, orderCopy));
        }
    }

    public static void handler(Socket socket, int order) {
        byte[] byteArr = new byte[1024];
        try {
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            int length;
            while ((length = inputStream.read(byteArr)) != -1) {
                System.out.printf("线程id[%s]，客户端[%d]: %s\n", Thread.currentThread().getId(), order, new String(byteArr, 0, length));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                socket.close();
                System.out.printf("关闭与客户端[%d]的连接\n", order);
            } catch (IOException e) {}
        }
    }
}

NIO，即非阻塞I/O，是JDK 1.4引入的一种新的I/O模型。NIO的核心组件包括Channel（通道）、Buffer（缓冲区）和Selector（选择器）。NIO模型允许一个线程同时处理多个客户端连接，从而提高了服务器的并发处理能力。

2.1 工作原理

NIO模型通过Selector来监听多个通道的事件，如连接请求、数据到达等。当某个通道有事件发生时，Selector会通知相应的线程进行处理。这种方式大大减少了线程的数量，提高了系统的性能和扩展性。

2.2 代码示例

public class NioServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(6666));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            selector.select();
            Set selectiOnKeys= selector.selectedKeys();
            Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                if (key.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    SocketChannel socketChannel = server.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int read = socketChannel.read(buffer);
                    if (read > 0) {
                        buffer.flip();
                        byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                        buffer.get(bytes);
                        System.out.println(new String(bytes));
                    }
                }
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

NIO模型的三大核心组件是Channel、Buffer和Selector。

3.1 Channel（通道）

Channel类似于传统的流，但它可以双向传输数据。常见的Channel类型包括FileChannel、SocketChannel和ServerSocketChannel。

3.2 Buffer（缓冲区）

Buffer是一个可以读写数据的内存块。NIO中的Buffer提供了多种类型，如ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等。Buffer的常见操作包括put（写入数据）和get（读取数据），并可以通过flip方法切换读写模式。

3.3 Selector（选择器）

Selector用于监听多个通道的事件。通过注册通道到Selector，可以实现一个线程同时处理多个客户端连接。当某个通道有事件发生时，Selector会通知相应的线程进行处理。

• BIO以流的方式处理数据，而NIO以块的方式处理数据，块I/O的效率比流I/O高很多。


• BIO是阻塞的，NIO则是非阻塞的。


• BIO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel和Buffer进行操作。

通过本文的介绍，读者应该能够理解BIO和NIO的主要区别，以及它们各自的优势和适用场景。在高并发场景下，NIO模型通常更具优势，因为它可以显著减少线程的数量，提高系统的性能和扩展性。