JavaIO模型常见面试题总结·.pdf_javaIO面试题资源-CSDN文库

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5星 · 超过95%的资源 81 浏览量 2023-02-22 18:54:40 上传评论收藏 480KB PDF 举报

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Java IO 模型常⻅⾯试题总结

16 ⼈点赞

⿊猫

! SnailClimb

" 05-29 15:11

# 21818

$ 7

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Java 数据类型常⻅⾯试题总结

所有评论（7）

LeoNardo

02-28 12:35

阳哥哥噢

03-01 10:30

引⽤原⽂：⽹络请求和相应

⼗安⾠

03-07 15:18

引⽤原⽂：相应

。。。。

04-18 15:14

引⽤原⽂：如何完成⼀次 IO：https://llc687.top/post/如何完成⼀次-io/

SnailClimb

04-18 15:46

User-21452936

06-09 19:19

SnailClimb

06-12 13:48

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⾯试中经常喜欢问的⼀个问题，因为通过这个问题，⾯试官可以顺便了解⼀下你的操作系

统的⽔平。

IO 模型这块确实挺难理解的，需要太多计算机底层知识。写这篇⽂章⽤了挺久，就⾮常

希望能把我所知道的讲出来吧!希望朋友们能有收货！为了写这篇⽂章，还翻看了⼀下

《UNIX ⽹络编程》这本书，太难了，我滴乖乖！⼼痛~

个⼈能⼒有限。如果⽂章有任何需要补充/完善/修改的地⽅，欢迎在评论区指出，共同进

步！

I/O ⼀直是很多⼩伙伴难以理解的⼀个知识点，这篇⽂章我会将我所理解的 I/O 讲给你

听，希望可以对你有所帮助。

I/O（Input/Outpu）即输⼊／输出。

我们先从计算机结构的⻆度来解读⼀下 I/O。

根据冯.诺依曼结构，计算机结构分为 5 ⼤部分：运算器、控制器、存储器、输⼊设备、

输出设备。

输⼊设备（⽐如键盘）和输出设备（⽐如显示屏）都属于外部设备。⽹卡、硬盘这种既可

以属于输⼊设备，也可以属于输出设备。

输⼊设备向计算机输⼊数据，输出设备接收计算机输出的数据。

从计算机结构的视⻆来看的话， I/O 描述了计算机系统与外部设备之间通信的过程。

我们再先从应⽤程序的⻆度来解读⼀下 I/O。

根据⼤学⾥学到的操作系统相关的知识：为了保证操作系统的稳定性和安全性，⼀个进程

的地址空间划分为⽤户空间（User space）和内核空间（Kernel space ）。

像我们平常运⾏的应⽤程序都是运⾏在⽤户空间，只有内核空间才能进⾏系统态级别的资

源有关的操作，⽐如如⽂件管理、进程通信、内存管理等等。也就是说，我们想要进⾏

IO 操作，⼀定是要依赖内核空间的能⼒。

并且，⽤户空间的程序不能直接访问内核空间。

当想要执⾏ IO 操作时，由于没有执⾏这些操作的权限，只能发起系统调⽤请求操作系统

帮忙完成。

因此，⽤户进程想要执⾏ IO 操作的话，必须通过系统调⽤来间接访问内核空间

我们在平常开发过程中接触最多的就是磁盘 IO（读写⽂件）和⽹络 IO（⽹络请求和相

应）。

从应⽤程序的视⻆来看的话，我们的应⽤程序对操作系统的内核发起 IO 调⽤（系统调

⽤），操作系统负责的内核执⾏具体的 IO 操作。也就是说，我们的应⽤程序实际上只是

发起了 IO 操作的调⽤⽽已，具体 IO 的执⾏是由操作系统的内核来完成的。

当应⽤程序发起 I/O 调⽤后，会经历两个步骤：

1. 内核等待 I/O 设备准备好数据

2. 内核将数据从内核空间拷⻉到⽤户空间。

UNIX 系统下， IO 模型⼀共有 5 种：同步阻塞 I/O、同步⾮阻塞 I/O、I/O 多路复⽤、信

号驱动 I/O 和异步 I/O。

这也是我们经常提到的 5 种 IO 模型。

BIO 属于同步阻塞 IO 模型。

同步阻塞 IO 模型中，应⽤程序发起 read 调⽤后，会⼀直阻塞，直到在内核把数据拷⻉到

⽤户空间。

在客户端连接数量不⾼的情况下，是没问题的。但是，当⾯对⼗万甚⾄百万级连接的时

候，传统的 BIO 模型是⽆能为⼒的。因此，我们需要⼀种更⾼效的 I/O 处理模型来应对更

⾼的并发量。

Java 中的 NIO 于 Java 1.4 中引⼊，对应 java.nio 包，提供了 Channel , Select

or ， Buffer 等抽象。NIO 中的 N 可以理解为 Non-blocking，不单纯是 New。它⽀

持⾯向缓冲的，基于通道的 I/O 操作⽅法。对于⾼负载、⾼并发的（⽹络）应⽤，应使

⽤ NIO 。

Java 中的 NIO 可以看作是 I/O 多路复⽤模型。也有很多⼈认为，Java 中的 NIO 属于同

步⾮阻塞 IO 模型。

跟着我的思路往下看看，相信你会得到答案！

我们先来看看同步⾮阻塞 IO 模型。

同步⾮阻塞 IO 模型中，应⽤程序会⼀直发起 read 调⽤，等待数据从内核空间拷⻉到⽤户

空间的这段时间⾥，线程依然是阻塞的，直到在内核把数据拷⻉到⽤户空间。

相⽐于同步阻塞 IO 模型，同步⾮阻塞 IO 模型确实有了很⼤改进。通过轮询操作，避免了

⼀直阻塞。

但是，这种 IO 模型同样存在问题：应⽤程序不断进⾏ I/O 系统调⽤轮询数据是否已经准

备好的过程是⼗分消耗 CPU 资源的。

这个时候，I/O 多路复⽤模型就上场了。

IO 多路复⽤模型中，线程⾸先发起 select 调⽤，询问内核数据是否准备就绪，等内核把

数据准备好了，⽤户线程再发起 read 调⽤。read 调⽤的过程（数据从内核空间->⽤户空

间）还是阻塞的。

IO 多路复⽤模型，通过减少⽆效的系统调⽤，减少了对 CPU 资源的消耗。

Java 中的 NIO ，有⼀个⾮常重要的选择器 ( Selector ) 的概念，也可以被称为多路复⽤

器。通过它，只需要⼀个线程便可以管理多个客户端连接。当客户端数据到了之后，才会

为其服务。

AIO 也就是 NIO 2。Java 7 中引⼊了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步 IO 模型。

异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应⽤操作之后会直接返回，不会堵塞在那

⾥，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进⾏后续的操作。

⽬前来说 AIO 的应⽤还不是很⼴泛。Netty 之前也尝试使⽤过 AIO，不过⼜放弃了。这是

因为，Netty 使⽤了 AIO 之后，在 Linux 系统上的性能并没有多少提升。

最后，来⼀张图，简单总结⼀下 Java 中的 BIO、NIO、AIO。

《深⼊拆解 Tomcat & Jetty》

如何完成⼀次 IO：https://llc687.top/post/如何完成⼀次-io/

程序员应该这样理解 IO：https://www.jianshu.com/p/fa7bdc4f3de7

10 分钟看懂， Java NIO 底层原理：

https://www.cnblogs.com/crazymakercircle/p/10225159.html

IO 模型知多少 | 理论篇：https://www.cnblogs.com/sheng-jie/p/how-much-

you-know-about-io-models.html

《UNIX ⽹络编程卷 1；套接字联⽹ API 》6.2 节 IO 模型

前⾔

I/O

何为 I/O?

有哪些常⻅的 IO 模型?

Java 中 3 种常⻅ IO 模型

BIO (Blocking I/O)

NIO (Non-blocking/New I/O)

⽬前⽀持 IO 多路复⽤的系统调⽤，有 select，epoll 等等。select 系统调⽤，是⽬前⼏

乎在所有的操作系统上都有⽀持

●

select 调⽤

：内核提供的系统调⽤，它⽀持⼀次查询多个系统调⽤的可⽤状态。⼏

乎所有的操作系统都⽀持。

●

epoll 调⽤

：linux 2.6 内核，属于 select 调⽤的增强版本，优化了 IO 的执⾏效

率。

AIO (Asynchronous I/O)

参考

●

Linux 底层的异步实际上还是选择器模式

相应->响应

响应

这个链接404了

原作者修改了⽂章链接：https://llc687.top/126.html

信号驱动I/O呢？正⽂没介绍

嗯嗯这篇⽂章主要介绍Java 中 3 种常⻅的 IO 模型。

《Java⾯试指北》

⽬录

技术⾯试题篇

系统设计

Java

Java IO 模型常⻅…

Java 数据类型常…

泛型&通配符常⻅…

String 类常⻅⾯试…

数据库

常⻅框架

分布式

⾼并发

服务器

Devops

技术⾯试题⾃测篇

⾯经篇

练级攻略篇

如何成为⼀个合格的…

⼤纲

前⾔

I/O

何为 I/O?

有哪些常⻅的 IO 模型?

Java 中 3 种常⻅ IO 模型

BIO (Blocking I/O)

NIO (Non-blocking/New I/O)

AIO (Asynchronous I/O)

参考

Java IO 模型常⻅⾯试题总结

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内容反馈

简甜XIU09161027

2023-07-26

总的来说，这份文件对于想要快速掌握Java IO模型的人来说是一个不错的参考，可以帮助他们在面试中更加游刃有余地应对相关问题。
XU美伢

2023-07-26

这份文件提供了一些基本的Java IO模型常见面试题，对于想要了解该领域的人来说是个不错的入门资料。
三山卡夫卡

2023-07-26

文件的排版整洁，各个部分之间的连贯性很好，容易阅读和查找特定内容。
曹将

2023-07-26

这份文件的内容虽然不是特别详尽，但对于初学者来说已经足够了，不会让人感到心生压力。
石悦

2023-07-26

作者对题目的解答进行了简洁明了的解释，让人容易理解并掌握核心概念。