IO 高频面试题

面试问到 IO，十有八九会扯到 BIO、NIO、零拷贝、序列化。本节用矩阵对比的方式，把这些问题讲清楚。

BIO vs NIO vs AIO

特性	BIO	NIO	AIO
全称	Blocking IO	New IO / Non-blocking IO	Asynchronous IO
IO 类型	同步阻塞	同步非阻塞	异步非阻塞
线程模型	1 连接 1 线程	1 线程管 N 连接	事件驱动
适用场景	连接少（< 1000）	高并发（> 1000）	IO 密集
复杂度	低	中	高
JDK 版本	1.0	1.4	1.7

BIO：每个连接一个线程

// 一个线程处理一个连接
ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
while (true) {
    Socket client = server.accept(); // 阻塞
    new Thread(() -> handle(client)).start(); // 为每个连接创建线程
}

问题：10000 连接 = 10000 线程 = 内存爆炸，上下文切换开销巨大。

NIO：多路复用，1 线程管 N 连接

// 一个线程管理多个连接
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
server.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
server.configureBlocking(false); // 非阻塞

Selector selector = Selector.open();
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while (selector.select() > 0) {
    for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
        if (key.isAcceptable()) {
            // 处理新连接
        } else if (key.isReadable()) {
            // 处理读事件
        } else if (key.isWritable()) {
            // 处理写事件
        }
    }
    selector.selectedKeys().clear();
}

优势：单线程管理大量连接，适合高并发场景。

AIO：异步回调

// 操作发起后立即返回，IO 完成时回调
AsynchronousServerSocketChannel server =
    AsynchronousServerSocketChannel.open().bind(new InetSocketAddress(8080));

server.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {
    @Override
    public void completed(AsynchronousSocketChannel client, Void attachment) {
        server.accept(null, this); // 继续接受下一个
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        client.read(buf, null, new CompletionHandler<Integer, Void>() {
            @Override
            public void completed(Integer result, Void attachment) {
                buf.flip();
                // 处理读取的数据
            }
        });
    }
});

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NIO 三大核心组件

组件	作用	比喻
Buffer	缓冲区，存储数据	水缸
Channel	通道，传输数据	水管
Selector	选择器，监听事件	阀门

Buffer：数据的载体

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

// 写模式
buf.put("hello".getBytes());

// 切换读模式
buf.flip();

// 读数据
while (buf.hasRemaining()) {
    System.out.print((char) buf.get());
}

// 清空，准备下次写入
buf.clear();

Channel：数据的通道

FileChannel in = new FileInputStream("file.txt").getChannel();
FileChannel out = new FileOutputStream("out.txt").getChannel();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(8192);
while (in.read(buf) != -1) {
    buf.flip();
    out.write(buf);
    buf.clear();
}

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零拷贝

传统文件传输需要 4 次拷贝：

磁盘 → 内核缓冲区 → 用户缓冲区 → Socket 缓冲区 → 网卡

零拷贝只需要 2 次拷贝：

磁盘 → 内核缓冲区（sendfile）→ 网卡

Java 实现：

FileChannel in = new FileInputStream("bigfile.mp4").getChannel();
FileChannel out = new FileOutputStream("copy.mp4").getChannel();

long size = in.size();
long transferred = 0;
while (transferred < size) {
    transferred += in.transferTo(transferred, size - transferred, out);
}

适用场景：大文件传输，如视频服务、文件服务器。

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序列化与反序列化

问题	答案
什么可以序列化？	实现 Serializable 接口的对象
serialVersionUID 是什么？	版本号，反序列化时对比，版本不一致抛异常
transient 关键字的作用？	跳过字段，不参与序列化

public class User implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String name;
    private transient String password; // 不序列化
    private int age;
}

// 自定义序列化
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
    out.defaultWriteObject();
    out.writeObject(encrypt(password));
}

private void readObject(ObjectInputStream in)
        throws IOException, ClassNotFoundException {
    in.defaultReadObject();
    this.password = decrypt((String) in.readObject());
}

Java 序列化 vs JSON

特性	Java 序列化	JSON
格式	二进制	文本
体积	小	较大
跨语言	❌	✅
性能	快	较慢

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字符编码

为什么会乱码？ 编码和解码用了不同的字符集。

"中" → UTF-8 → [0xE4, 0xBD, 0xA0] → 用 GBK 解码 → 乱码！

如何避免？

// ❌ 错误：依赖平台默认编码
new FileReader("file.txt");

// ✅ 正确：显式指定 UTF-8
new InputStreamReader(
    new FileInputStream("file.txt"),
    StandardCharsets.UTF_8);

// ✅ JDK 11+
String content = Files.readString(Path.of("file.txt"), StandardCharsets.UTF_8);

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资源泄漏

// ❌ 没有关闭，抛异常时泄漏
FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");

// ✅ try-with-resources
try (FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt")) {
    // 自动关闭
}

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记住这个面试重点矩阵：

问题	核心答案
BIO vs NIO vs AIO	阻塞 vs 非阻塞 vs 异步
NIO 三件套	Buffer、Channel、Selector
零拷贝	transferTo() 减少拷贝
序列化	serialVersionUID 控制版本，transient 跳过字段
字符编码	显式指定 UTF-8
资源泄漏	try-with-resources

面试不是背书，理解原理才能举一反三。