[java八股文][Java基础面试篇]I/O

news2025/4/25 19:10:30

Java怎么实现网络IO高并发编程?

可以用 Java NIO ,是一种同步非阻塞的I/O模型,也是I/O多路复用的基础。

传统的BIO里面socket.read(),如果TCP RecvBuffer里没有数据,函数会一直阻塞,直到收到数据,返回读到的数据, 如果使用BIO要想要并发处理多个客户端的i/o,那么会使用多线程模式,一个线程专门处理一个客户端 io,这种模式随着客户端越来越多,所需要创建的线程也越来越多,会急剧消耗系统的性能。

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NIO 是基于I/O多路复用实现的,它可以只用一个线程处理多个客户端I/O,如果你需要同时管理成千上万的连接,但是每个连接只发送少量数据,例如一个聊天服务器,用NIO实现会更好一些。

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BIO、NIO、AIO区别是什么?

  • BIO(blocking IO):就是传统的 java.io 包,它是基于流模型实现的,交互的方式是同步、阻塞方式,也就是说在读入输入流或者输出流时,在读写动作完成之前,线程会一直阻塞在那里,它们之间的调用是可靠的线性顺序。优点是代码比较简单、直观;缺点是 IO 的效率和扩展性很低,容易成为应用性能瓶颈。
  • NIO(non-blocking IO) :Java 1.4 引入的 java.nio 包,提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象,可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序,同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。
  • AIO(Asynchronous IO) :是 Java 1.7 之后引入的包,是 NIO 的升级版本,提供了异步非堵塞的 IO 操作方式,所以人们叫它 AIO(Asynchronous IO),异步 IO 是基于事件和回调机制实现的,也就是应用操作之后会直接返回,不会堵塞在那里,当后台处理完成,操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

NIO是怎么实现的?

NIO是一种同步非阻塞的IO模型,所以也可以叫NON-BLOCKINGIO。同步是指线程不断轮询IO事件是否就绪,非阻塞是指线程在等待IO的时候,可以同时做其他任务。

同步的核心就Selector(I/O多路复用),Selector代替了线程本身轮询IO事件,避免了阻塞同时减少了不必要的线程消耗;非阻塞的核心就是通道和缓冲区,当IO事件就绪时,可以通过写到缓冲区,保证IO的成功,而无需线程阻塞式地等待。

NIO由一个专门的线程处理所有IO事件,并负责分发。事件驱动机制,事件到来的时候触发操作,不需要阻塞的监视事件。线程之间通过wait,notify通信,减少线程切换。

NIO主要有三大核心部分:Channel(通道),Buffer(缓冲区), Selector。传统IO基于字节流和字符流进行操作,而NIO基于Channel和Buffer(缓冲区)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。

Selector(选择区)用于监听多个通道的事件(比如:连接打开,数据到达)。因此,单个线程可以监听多个数据通道。

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你知道有哪个框架用到NIO了吗?

Netty。

Netty 的 I/O 模型是基于非阻塞 I/O 实现的,底层依赖的是 NIO 框架的多路复用器 Selector。采用 epoll 模式后,只需要一个线程负责 Selector 的轮询。当有数据处于就绪状态后,需要一个事件分发器(Event Dispather),它负责将读写事件分发给对应的读写事件处理器(Event Handler)。事件分发器有两种设计模式:Reactor 和 Proactor,Reactor 采用同步 I/O, Proactor 采用异步 I/O。

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Reactor 实现相对简单,适合处理耗时短的场景,对于耗时长的 I/O 操作容易造成阻塞。Proactor 性能更高,但是实现逻辑非常复杂,适合图片或视频流分析服务器,目前主流的事件驱动模型还是依赖 select 或 epoll 来实现。

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