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IO 和NIO有什么区别？

news 来源：原创 2025/5/15 18:03:27

IO 与 NIO 的区别详解

Java 中的 IO（Input/Output） 和 NIO（New IO 或 Non-blocking IO） 是两种不同的输入输出处理机制，主要区别体现在设计模型、性能优化和应用场景上。以下是详细对比：

1. 阻塞与非阻塞模型

传统 IO：阻塞式。线程调用 read() 或 write() 时会被阻塞，直到数据完成读写，期间线程无法执行其他操作。
- 示例：服务端使用 ServerSocket 的 accept() 会阻塞线程，直到客户端连接。
NIO：非阻塞式。线程通过通道（Channel）发起读写请求后，可立即返回结果（如 SocketChannel.read() 返回读取的字节数或 0），若数据未就绪，线程可处理其他任务。
- 适用场景：高并发服务器（如聊天室），单线程可管理多个连接。

2. 数据处理方式

IO：基于流（Stream），单向流动（如 InputStream 只能读，OutputStream 只能写），逐字节处理数据，灵活性较低。
NIO：基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer），数据需先读入缓冲区再处理，支持双向读写（如 FileChannel 可同时读写）。
- 缓冲区操作：通过 flip() 切换读写模式，rewind() 重读数据，clear() 清空缓冲区。
- 示例：读取文件时，数据从 FileChannel 写入 ByteBuffer，处理后从 ByteBuffer 写回通道。

3. 多路复用机制（Selector）

NIO 使用 Selector（选择器） 实现单线程管理多个通道。Selector 通过轮询检测哪些通道已就绪（如可读、可写），大幅减少线程资源消耗。
- 示例：Web 服务器通过一个线程处理数千个客户端连接。
IO 每个连接需独立线程处理，线程数过多时会导致上下文切换开销大，甚至内存溢出。

4. 性能与适用场景

IO：适合低并发、数据量大的场景（如文件传输），代码简单。
NIO：适合高并发、小数据量的场景（如即时通讯），通过非阻塞和选择器提升吞吐量。
- 零拷贝技术：FileChannel.transferTo() 直接将数据从磁盘发送到网络，减少 CPU 拷贝次数。
- 内存映射文件：FileChannel.map() 将文件映射到内存，直接操作内存数据提升读写效率。

5. API 复杂度

IO：API 简单直观，如 FileInputStream/FileOutputStream。
NIO：API 更复杂，需管理缓冲区、通道、选择器，开发难度较高。
- 需处理边界条件（如缓冲区未读完的数据）、正确调用 flip()/clear() 等。

对比总结表

特性	IO	NIO
阻塞模型	阻塞式	非阻塞式
数据结构	流（单向）	通道（双向） + 缓冲区
多路复用	不支持	支持（Selector 管理多个 Channel）
线程模型	一连接一线程	单线程处理多连接
适用场景	低并发、大数据量（如文件传输）	高并发、小数据量（如即时通讯服务器）
高级特性	无	内存映射文件、零拷贝

代码示例

传统 IO 读取文件：

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt")) {
    int data;
    while ((data = fis.read()) != -1) {
        System.out.print((char) data);
    }
}

NIO 读取文件：

try (FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("file.txt"))) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    while (channel.read(buffer) > 0) {
        buffer.flip();  // 切换为读模式
        while (buffer.hasRemaining()) {
            System.out.print((char) buffer.get());
        }
        buffer.clear(); // 清空缓冲区，准备下一次写入
    }
}