Java 提供了哪些 IO 方式？

典型回答

Java IO 基于不同的 IO 抽象模型和交互方式，可以分为：
- BIO，传统的 java.io 包，它基于流模型实现。
  - 提供了我们最熟知的⼀些 IO 功能，比如 File 抽象、输入输出流等。
  - 交互方式是同步、阻塞的方式，也就是说，在读取输入流或者写入输出流时，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。
  - java.net 提供的部分网络 API，比如 Socket、ServerSocket、HttpURLConnection 也归类到同步阻塞 IO 类库，因为网络通信同样是 IO 行为。
- NIO，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的高性能数据操作方式。
- AIO（Asynchronous IO），也就是 NIO 2，引入了异步非阻塞 IO 方式。
  - 异步 IO 操作基于事件和回调机制。
  - 应用操作直接返回，而不会阻塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应线程进行后续工作。

考点分析

在实际面试中，从传统 IO 到 NIO、NIO 2，其中有很多地方可以扩展开来，考察点涉及方方面面：
- 基础 API 功能与设计，InputStream/OutputStream 和 Reader/Writer 的关系和区别。
- NIO、NIO 2 的基本组成。
- 给定场景，分别用不同模型实现，分析 BIO、NIO 等模式的设计和实现原理。
- NIO 提供的高性能数据操作方式是基于什么原理，如何使用？
- 从开发者的角度来看，你觉得 NIO 自身实现存在哪些问题？有什么改进的想法吗？

知识扩展

区分同步或异步（synchronous/asynchronous）。
- 简单来说，同步是⼀种可靠的有序运行机制，当我们进行同步操作时，后续的任务是等待当前调用返回，才会进行下⼀步；
- 异步则相反，其他任务不需要等待当前调用返回，通常依靠事件、回调等机制来实现任务间次序关系。
区分阻塞与非阻塞（blocking/non-blocking）。
- 在进行阻塞操作时，当前线程会处于阻塞状态，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续，比如 ServerSocket 新连接建立完毕，或数据读取、写入操作完成；
- 非阻塞则是不管 IO 操作是否结束，直接返回，相应操作在后台继续处理。
不能⼀概而论认为同步或阻塞就是低效，具体还要看应用和系统特征。
- IO 不仅仅是对文件的操作，网络编程中，比如 Socket 通信，都是典型的 IO 操作目标。
- 输入流、输出流（InputStream/OutputStream）是用于读取或写入字节的，例如操作图片文件。
- Reader/Writer 则是用于操作字符，增加了字符编解码等功能，适用于类似从文件中读取或者写入文本信息，本质上计算机操作的都是字节。
- BufferedOutputStream 等带缓冲区的实现，可以避免频繁的磁盘读写，进而提高 IO 处理效率。这种设计利用了缓冲区，将批量数据进行⼀次操作，但在使用中千万别忘了 flush。
Java NIO 多路复用机制
- Buffer，高效的数据容器，除了布尔类型，所有原始数据类型都有相应的 Buffer 实现。
- Channel，类似在 Linux 之类操作系统上看到的文件描述符，是 NIO 中被用来支持批量式 IO 操作的⼀种抽象。
- Selector，是 NIO 实现多路复用的基础，它同样是基于底层操作系统机制，可以检测到注册在 Selector 上的多个 Channel 中，是否有 Channel 处于就绪状态，进而实现了单线程对多 Channel 的高效管理。
- NIO 利用了单线程轮询事件的机制，通过高效地定位就绪的 Channel，来决定做什么，仅仅 select 阶段是阻塞的，可以有效避免大量客户端连接时，频繁线程切换带来的问题，应用的扩展能力有了非常大的提高。