Java IO 模型深度解析：游乐园里的数据传输艺术

1. BIO（Blocking I/O）同步阻塞模型

原理解析： BIO 就像游乐园的传统售票窗口。当调用 Socket.getInputStream().read() 时，JVM 通过 native read() 调用操作系统内核（Linux 的 recvfrom()）。线程会阻塞在 read() 系统调用上，直到内核从网卡接收到数据并复制到用户空间（源码位置：java.net.SocketInputStream#socketRead）。

代码示例：

// 传统售票窗口：一个窗口服务一个游客
ServerSocket server = new ServerSocket(8888);  // 游乐园开售票窗口
while (true) {
    Socket client = server.accept();  // 阻塞！等待游客排队
    new Thread(() -> {
        BufferedReader in = new BufferedReader(
            new InputStreamReader(client.getInputStream())
        );
        String request = in.readLine();  // 阻塞！等待游客说需求
        System.out.println("处理需求：" + request); // 售票员处理票务
    }).start();
}

使用场景： 适用于客户端连接数少且稳定的场景（如游乐园团体票预订系统），每个连接需要独立处理逻辑时。

图例：

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2. NIO（New I/O）同步非阻塞模型

原理解析： NIO 像游乐园的智能调度中心。核心组件：

1. Selector：通过 epoll（Linux）监听多个通道事件

2. Channel：双向数据通道（源码：sun.nio.ch.EPollSelectorImpl）

3. Buffer：数据容器（堆外内存减少拷贝）

当调用 selector.select() 时，JVM 通过 epoll_wait 获取就绪事件，避免无效轮询。

代码示例：

Selector selector = Selector.open();  // 调度中心大屏幕
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.bind(new InetSocketAddress(8888));
ssc.configureBlocking(false);  // 非阻塞模式
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);  // 监控新游客
​
while (true) {
    if (selector.select(100) == 0) continue;  // 智能轮询（不阻塞）
    Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
    for (SelectionKey key : keys) {
        if (key.isAcceptable()) {  // 有新游客
            SocketChannel sc = ssc.accept();
            sc.configureBlocking(false);
            sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);  // 监控该游客需求
        }
        if (key.isReadable()) {  // 游客有需求
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
            ((SocketChannel)key.channel()).read(buf);  // 非阻塞读取
            System.out.println("处理需求：" + new String(buf.array()));
        }
    }
}

使用场景： 高并发短连接场景（如游乐园实时人流监控系统），1个线程可处理上万连接。

图例：

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3. AIO（Asynchronous I/O）异步模型

原理解析： AIO 像游乐园的智能机器人。当调用 AsynchronousSocketChannel.read()，JVM 提交异步任务给操作系统（Windows 的 IOCP/Linux 的 io_uring）。内核完成数据准备和拷贝后，通过回调通知应用程序（源码：sun.nio.ch.WindowsAsynchronousSocketChannelImpl）。

代码示例：

AsynchronousServerSocketChannel server = 
    AsynchronousServerSocketChannel.open().bind(new InetSocketAddress(8888));
​
// 机器人自动接待游客
server.accept(null, new CompletionHandler<>() {
    public void completed(AsynchronousSocketChannel client, Object att) {
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        // 异步读取（不阻塞线程）
        client.read(buf, null, new CompletionHandler<>() {
            public void completed(Integer bytes, Object att) {
                System.out.println("处理需求：" + new String(buf.array()));
            }
            public void failed(Throwable exc, Object att) {
                exc.printStackTrace();
            }
        });
    }
});
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);  // 主线程可做其他事

使用场景： 大规模长连接场景（如游乐园智能导览系统），适合文件 I/O 或数据库操作。

图例：

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总结对比表