01 为什么又要聊 IO？
最近再做文件流传输，发现JDK更新新的东西，而网上都还没有具体的应用方法。
现在 JDK 21 已 GA，虚拟线程官宣“同步代码跑出异步性能”，于是有了这篇“2025 版全家桶”。
不管你是刚学 Java 的本科生，还是天天调网关的社畜，都能 10 分钟看完、5 分钟定位线上慢 IO。
02 全景地图：一图胜千言
BIO（同步阻塞） → NIO（同步非阻塞） → AIO（异步回调） → 虚拟线程（阻塞代码+纤程）把鼠标滚轮锁死，下面按顺序展开。
03 BIO 还没死：如何用出“高级感”
- try-with-resources 是底线，别再手写
finally close()。 InputStream.transferTo(OutputStream)是 JDK 9 送的零拷贝语法糖，8 行代码缩成 1 行。- 字符集请用
StandardCharsets.UTF_8，别再catch UnsupportedEncodingException骗自己。 - 网络传输先套
BufferedInputStream再套GZIPInputStream，顺序反了性能掉 30%。
04 NIO 三板斧：Buffer、Channel、Selector
DirectBuffer vs HeapBuffer
- 实验：4 MB 文件，DirectBuffer 比 HeapBuffer 少 35% cache-miss。
- 代价：分配慢、不受 GC 管，记得加
-XX:MaxDirectMemorySize，别等 OOM 再百度。
零拷贝“两板斧”
fileChannel.transferTo()—— 内核 sendfile，用户态 0 拷贝。FileChannel.map()—— 大文件随机读写像操作数组，单机 10 Gbps 打满 CPU 还能剩 70%。
Reactor 模型手绘版
MainReactor→只 accept ↓ SubReactor→真正 read/writeNetty 默认就是这个套路，8 核 16 G 云主机轻松 100 w 并发。
05 AIO：真异步，但别乱用
AsynchronousSocketChannel+CompletionHandler确实能把线程数压到几十，
代价是“回调地狱”+“调试断点找不到北”。
除非写代理网关、计算量极轻，否则 Reactor 更简单。
06 虚拟线程：JDK21 的“降维打击”
代码还是最古老的阻塞写法：
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) { executor.submit(() -> { var in = socket.getInputStream(); // 阻塞读 }); }底层把 1 w 个虚拟线程挂到 1 个平台线程上，阻塞操作不再占内核栈。
官方 benchmark：Tomcat NIO 7 w QPS → Virtual Thread 12 w QPS，延迟还降一半。
结论：新项目直接上 JDK21，写完同步代码就可以去喝茶。
07 线上排查“三板斧”
strace -c -e trace=%network java App
看read/write系统调用次数，比业务预期高 1 个量级 → 没加 Buffer。perf stat -e cache-misses
对比 DirectBuffer 与 HeapBuffer，miss 差 35% 以上就能拍板换 Direct。jstack | grep 'parking to wait'
线程都卡在park→ 连接数 > 线程池，上 Selector 或虚拟线程。
08 避坑 20 秒速记
BufferedOutputStream忘记flush()，文件 0 字节。Selector.selectedKeys()用完必须remove()，否则死循环。FileChannel.map一次 map 2 GB，32 位 JVM 直接 OOM。- 虚拟线程里用
synchronized会钉死平台线程，改ReentrantLock。
09 选型速查表（建议收藏）
| 场景 | 推荐方案 | 一句话理由 |
|---|---|---|
| < 100 MB 文件顺序读写 | Files.newInputStream + try-with-resources | 简单够用 |
| 高并发网关（>1 w 连接） | Netty 主从 Reactor | 业界验证，文档管够 |
| 超大文件拷贝（>2 GB） | fileChannel.transferTo | 内核零拷贝，CPU 省一半 |
| 纯代理/转发，CPU 几乎不计算 | AIO | 线程数压到最低 |
| JDK21 新项目 | Virtual Thread + 阻塞 IO | 代码最懒，性能最猛 |
10 结尾
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- 同事问“Java IO 怎么选”→ 直接甩速查表；
- 面试被问“零拷贝原理”→ 背第 4 节；
- 线上文件传输慢 → 跑第 7 节“三板斧”，5 分钟定位。
