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面试题:Java中传统I/O与AIO异步I/O在基本操作流程上有何不同

请简要描述Java传统I/O(如基于字节流和字符流的操作)和AIO异步I/O(如AsynchronousSocketChannel等相关操作)在从文件读取数据或者网络通信时的基本操作流程,并指出它们关键的差异点。
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编程语言Java

知识考点

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面试题答案

一键面试

Java传统I/O操作流程

  1. 基于字节流从文件读取数据
    • 创建FileInputStream对象,指定要读取的文件路径。
    • 通过read()方法逐字节读取数据,或使用read(byte[] b)方法将数据读取到字节数组中。
    • 读取完成后,关闭FileInputStream
  2. 基于字符流从文件读取数据
    • 创建FileReader对象,指定要读取的文件路径。
    • 创建BufferedReader对象,将FileReader作为参数传入,以提高读取效率。
    • 使用readLine()方法逐行读取数据。
    • 读取完成后,关闭BufferedReaderFileReader
  3. 基于字节流网络通信(客户端)
    • 创建Socket对象,指定服务器的IP地址和端口号。
    • 通过SocketgetOutputStream()获取输出流,getInputStream()获取输入流。
    • 使用输出流向服务器发送数据,使用输入流从服务器接收数据。
    • 通信完成后,关闭流和Socket
  4. 基于字节流网络通信(服务器端)
    • 创建ServerSocket对象,指定监听的端口号。
    • 通过accept()方法等待客户端连接,返回一个Socket对象。
    • 获取Socket的输入输出流,进行数据的读写操作。
    • 通信完成后,关闭流和SocketServerSocket可选择关闭。

Java AIO异步I/O操作流程

  1. 从文件读取数据
    • 创建AsynchronousSocketChannel对象并打开。
    • 创建ByteBuffer用于存储数据。
    • 使用AsynchronousSocketChannelread(ByteBuffer dst)方法异步读取数据,该方法立即返回,不会阻塞线程。
    • 通过Future<Integer>或使用回调函数来处理读取结果。读取完成后,关闭AsynchronousSocketChannel
  2. 网络通信(客户端)
    • 创建AsynchronousSocketChannel对象并打开,通过connect(InetSocketAddress remote)方法异步连接服务器,方法立即返回。
    • 使用Future<Void>或回调函数处理连接结果。连接成功后,创建ByteBuffer
    • 使用AsynchronousSocketChannelread(ByteBuffer dst)write(ByteBuffer src)方法进行异步读写操作,同样方法立即返回。
    • 通过Future<Integer>或回调函数处理读写结果。通信完成后,关闭AsynchronousSocketChannel
  3. 网络通信(服务器端)
    • 创建AsynchronousServerSocketChannel对象并绑定到指定端口。
    • 使用AsynchronousServerSocketChannelaccept()方法异步接受客户端连接,方法立即返回。
    • 通过Future<AsynchronousSocketChannel>或回调函数获取客户端连接的AsynchronousSocketChannel对象。
    • 后续对该AsynchronousSocketChannel进行异步读写操作,处理方式与客户端类似。通信完成后,关闭相关AsynchronousSocketChannelAsynchronousServerSocketChannel

关键差异点

  1. 阻塞方式
    • 传统I/O:是阻塞式的。在进行读写操作时,线程会被阻塞,直到操作完成,这期间线程不能执行其他任务。
    • AIO异步I/O:是非阻塞式的。读写操作会立即返回,线程可以继续执行其他任务,通过Future或回调函数获取操作结果。
  2. 性能
    • 传统I/O:在高并发场景下,由于线程阻塞,会导致大量线程资源被占用,性能会受到影响。
    • AIO异步I/O:适用于高并发场景,线程不会因I/O操作而阻塞,能更有效地利用系统资源,提高整体性能。
  3. 编程复杂度
    • 传统I/O:编程模型相对简单直观,易于理解和实现。
    • AIO异步I/O:由于涉及异步操作和回调机制,编程复杂度较高,对开发者的要求也更高。