Java学习 ------BIO模型
在 Java 的 I/O 模型中，BIO（Blocking I/O，阻塞式 I/O）是最基础也最经典的一种。它伴随着 Java 的诞生而出现，虽然在高并发场景下逐渐被 NIO 和 AIO 取代，但作为理解其他 I/O 模型的基础，其原理和机制仍具有重要的学习价值。
Java BIO 的核心特点是阻塞，即当一个 I/O 操作执行时，对应的线程会被阻塞，直到该操作完成才能继续执行其他任务。其工作原理可以概括为 “一个连接一个线程”，具体流程如下：
（1）建立连接阶段：服务器端通过ServerSocket监听指定端口，当客户端通过Socket发起连接请求时，服务器端会调用accept()方法接受连接。在这个过程中，accept()方法是阻塞的，也就是说，在没有客户端连接时，服务器端的线程会一直停留在accept()方法处等待。
（2）数据传输阶段：连接建立后，服务器端和客户端之间通过输入流和输出流进行数据传输。此时，无论是调用输入流的read()方法读取数据，还是调用输出流的write()方法写入数据，线程都会被阻塞。例如，当read()方法被调用时，如果此时没有数据可读，线程会一直阻塞，直到有数据到来或者连接关闭。
（3）线程模型：在 BIO 模型中，每一个客户端连接都需要一个独立的线程来处理。服务器端会为每个新接入的客户端创建一个线程，该线程负责处理与该客户端的所有 I/O 操作。当客户端的 I/O 操作完成（如数据传输结束、连接关闭）后，该线程才会被释放。
BIO作为一款老I/O模型，其也有不少优点，例如
（1）实现简单易懂：BIO 的编程模型非常直观，API 使用简单，开发者不需要关注复杂的底层机制，容易上手和理解。对于一些简单的网络应用或本地文件操作，使用 BIO 可以快速开发出功能。
（2）适合简单场景：在并发量小、连接数少的场景下，BIO 能够稳定工作，且性能开销相对可控。例如，一些小型的客户端 - 服务器应用，或者本地的文件读写操作，BIO 是一个不错的选择。
（3）兼容性好：作为 Java 最早的 I/O 模型，BIO 在各种 Java 版本中都能很好地兼容，不存在版本适配问题，对于一些老旧系统的维护和开发非常友好。
但同样的，其缺点也不少：
（1）阻塞导致效率低：BIO 的最大问题在于阻塞。当一个线程在进行 I/O 操作时，会一直处于阻塞状态，在此期间不能做任何其他事情，造成了线程资源的浪费。例如，当服务器端的一个线程在等待客户端发送数据时，这个线程就一直闲置，无法处理其他客户端的请求。
（2）高并发下性能瓶颈明显：由于每一个客户端连接都需要一个独立的线程处理，在高并发场景下，会创建大量的线程。而线程的创建和销毁需要消耗大量的系统资源，同时线程之间的上下文切换也会带来额外的开销，容易导致系统性能急剧下降，甚至出现崩溃。
（3）资源利用率低：大量的阻塞线程会占用大量的内存资源和 CPU 时间片，使得系统的资源利用率很低。在极端情况下，可能会因为线程数量过多而导致 OutOfMemoryError 错误。
下面通过一个简单的客户端 - 服务器通信示例来展示 Java BIO 的使用方法。
服务器端代码
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;public class BioServer {public static void main(String[] args) {ServerSocket serverSocket = null;try {// 创建ServerSocket，监听指定端口serverSocket = new ServerSocket(8888);System.out.println("服务器启动，监听端口8888...");while (true) {// 阻塞等待客户端连接Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("收到新的客户端连接：" + socket.getInetAddress().getHostAddress());// 为每个客户端连接创建一个新的线程进行处理new Thread(() -> {try (InputStream in = socket.getInputStream();OutputStream out = socket.getOutputStream()) {byte[] buffer = new byte[1024];int len;// 阻塞读取客户端发送的数据while ((len = in.read(buffer)) != -1) {String message = new String(buffer, 0, len);System.out.println("收到客户端消息：" + message);// 向客户端发送响应数据String response = "服务器已收到消息：" + message;out.write(response.getBytes());out.flush();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {try {socket.close();System.out.println("客户端连接关闭");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}).start();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if (serverSocket != null) {try {serverSocket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}
/*首先创建ServerSocket并绑定到 8888 端口，然后进入一个无限循环，通过accept()方法阻塞等待客户端的连接。当有客户端连接时，创建一个新的线程来处理该客户端的请求。在新线程中，通过输入流读取客户端发送的数据，处理后通过输出流向客户端发送响应，最后关闭连接。
*/客户端代码
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;public class BioClient {public static void main(String[] args) {Socket socket = null;try {// 连接服务器socket = new Socket("localhost", 8888);System.out.println("已连接到服务器");// 获取输入流和输出流OutputStream out = socket.getOutputStream();InputStream in = socket.getInputStream();// 向服务器发送数据Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("请输入要发送的消息：");String message = scanner.nextLine();out.write(message.getBytes());out.flush();// 读取服务器的响应byte[] buffer = new byte[1024];int len = in.read(buffer);String response = new String(buffer, 0, len);System.out.println("收到服务器响应：" + response);scanner.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if (socket != null) {try {socket.close();System.out.println("客户端连接关闭");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}
/*
创建Socket并连接到服务器的 8888 端口，然后通过输出流向服务器发送数据，再通过输入流读取服务器的响应，最后关闭连接。
*/从代码中可以清晰地看到 BIO 的阻塞特性：accept()方法会阻塞等待客户端连接，read()方法会阻塞等待数据到来。同时，每一个客户端连接都对应一个独立的线程，这也体现了 BIO “一个连接一个线程” 的线程模型。