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Java面试之Java中IO模型(BIO/NIO/AIO)

星降

星降

发布时间:2026-01-13 03:07:13

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来源于php中文网

原创

BIO高并发下撑不住因每个连接独占线程,read()阻塞导致线程堆积,引发OOM或延迟飙升;NIO靠Selector单线程管理多路复用,核心是Channel/Buffer/Selector协作;AIO虽真正异步但生态弱、调试难,生产极少使用。

java面试之java中io模型(bio/nio/aio)

为什么BIO在高并发下会撑不住

因为每个连接都独占一个线程,ServerSocket.accept() 返回一个 Socket 后,通常立刻交给新线程调用 socket.getInputStream().read() —— 这个 read() 是阻塞的,线程会一直挂起直到有数据或连接关闭。1000 个并发连接 = 1000 个线程,光是线程内存就吃掉几百 MB,加上上下文切换开销,系统直接变慢甚至 OOM。

常见错误现象:java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread,或者 CPU 不高但请求延迟飙升、大量请求超时。

  • 不要在生产环境对每个 Socket 起一个 Thread 处理读写
  • 如果必须用 BIO,至少套一层线程池(如 Executors.newFixedThreadPool(200)),但上限仍硬受限于连接数
  • setSoTimeout(5000) 可避免线程无限等待,但只是缓解,不解决本质问题

NIO 的核心不是“非阻塞”,而是“单线程管多路”

很多人以为 NIO = 非阻塞 IO,其实关键在 Selector + Channel + Buffer 这套协作机制。channel.configureBlocking(false) 只是前提,真正价值在于:一个线程调用 selector.select() 就能同时监听成百上千个 ChannelOP_READ / OP_WRITE 就绪状态。

典型陷阱:ByteBuffer 用完没调 flip()clear(),导致反复读到旧数据或写不进内容;SelectionKey.interestOps() 改完不调 key.interestOps(newOps),下次 select() 就不会通知你。

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  • selector.select() 默认阻塞,可传毫秒参数做超时控制
  • 注册 OP_ACCEPT 的是 ServerSocketChannel,注册 OP_READ 的是普通 SocketChannel
  • 处理完一次读事件后,若还要继续收数据,需保持 OP_READ 注册状态(别误删)

AIO(NIO.2)为何实际项目里很少见

Java 7 引入的 AsynchronousSocketChannel 确实做到了真正的异步:调用 read(ByteBuffer, A, CompletionHandler) 后立即返回,内核完成 IO 后回调 completed()。但它依赖操作系统底层支持(Linux 上走 io_uring 或线程池模拟),JVM 层封装较重,调试困难,且生态适配弱。

常见问题CompletionHandler 中抛异常不会打堆栈,容易静默失败;AsynchronousServerSocketChannelaccept() 回调里再递归 accept(),若忘了重新注册,后续连接就卡住。

  • Netty、Tomcat 等主流框架默认不用 AIO,Tomcat 8+ 的 APR/NIO connector 也不走 AIO
  • Android 完全不支持 java.nio.channels.AsynchronousChannel
  • 如果你的业务逻辑本身耗时长(比如查 DB、调远程服务),AIO 带来的“零拷贝”优势会被掩盖,反而增加回调管理复杂度

面试常问对比:BIO/NIO/AIO 到底怎么选

没有银弹。BIO 适合低频、短连、管理后台类场景(如 Spring Boot Actuator 端点);NIO 是高性能网关、RPC 框架、消息中间件的事实标准;AIO 仅建议在明确压测验证过收益、且 OS/JDK 版本可控的极少数场景尝试(如 JDK 17+ Linux 5.10+ io_uring 启用)。

最容易被忽略的一点:NIO 不等于高性能自动到来。写错 ByteBuffer 使用方式、频繁创建 SelectionKey、在 select() 循环里做耗时操作(如 JSON 解析),性能可能比 BIO 还差。

while (running) {
    selector.select(); // 正确:阻塞等待就绪
    Set keys = selector.selectedKeys();
    Iterator iter = keys.iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        SelectionKey key = iter.next();
        iter.remove(); // 必须移除,否则下次还出现
        if (key.isReadable()) handleRead(key);
    }
}

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