Java I/O 与 NIO 对比：阻塞、非阻塞与零拷贝

本文目录#

• I/O 模型演进
• 核心差异
• 使用建议
• 示例：零拷贝
• 调优要点
• 自检清单
• 参考资料

I/O 模型演进#

• 传统阻塞 I/O (BIO)：InputStream/OutputStream、Reader/Writer，简单易用但线程占用高。
• NIO：Channel、Buffer、Selector，支持非阻塞与事件驱动模型。
• NIO.2 (AIO)：AsynchronousChannel，在部分平台使用操作系统异步 I/O。

核心差异#

维度	BIO	NIO
模型	每连接一线程	单线程处理多连接
缓冲	流式，无缓冲	基于 ByteBuffer，支持直接缓冲区
阻塞	阻塞 I/O	非阻塞 + Selector 多路复用
零拷贝	不支持	FileChannel.transferTo/transferFrom、MappedByteBuffer

使用建议#

• 小规模连接、快速开发：BIO + 线程池。
• 高并发服务：NIO + Reactor（Netty、Vert.x）。
• 大文件传输：使用 FileChannel.transferTo 实现零拷贝。

示例：零拷贝#

try (FileChannel in = FileChannel.open(sourcePath, StandardOpenOption.READ);
     FileChannel out = FileChannel.open(targetPath, StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE)) {
    long size = in.size();
    long position = 0;
    while (position < size) {
        position += in.transferTo(position, size - position, out);
    }
}

调优要点#

• 直接缓冲区 (ByteBuffer.allocateDirect) 可减少复制，但分配释放成本较高。
• 结合 Selector 使用时需处理 SelectionKey 生命周期，避免重复注册。
• 使用 Netty 等框架可简化线程模型与协议解析。

自检清单#

• 是否根据并发量/延迟需求选择合适 I/O 模型？
• 是否处理缓冲区释放与内存占用？
• 是否利用零拷贝优化大文件传输？

参考资料#

• Oracle Java Tutorials - NIO：https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/io/file.html
• Java SE 8 API - java.nio 包：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/nio/package-summary.html
• Netty 官方文档：https://netty.io/wiki/user-guide-for-4.x.html

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