java io

设计模式

装饰者模式、适配器模式

类别

同步阻塞IO（BIO）

BIO是一个连接一个线程。

传统的同步阻塞模型开发中，ServerSocket负责绑定IP地址，启动监听端口；Socket负责发起连接操作。连接成功后，双方通过输入和输出流进行同步阻塞式通信。

该模型最大的问题就是缺乏弹性伸缩能力，当客户端并发访问量增加后，服务端的线程个数和客户端并发访问数呈1:1的正比关系，Java中的线程也是比较宝贵的系统资源，线程数量快速膨胀后，系统的性能将急剧下降，随着访问量的继续增大，系统最终就死-掉-了。

同步非阻塞IO（NIO）

NIO提供了与传统BIO模型中的Socket和ServerSocket相对应的SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。

对于低负载、低并发的应用程序，可以使用同步阻塞I/O来提升开发速率和更好的维护性；对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用NIO的非阻塞模式来开发。

• 缓冲区

  java.nio.Buffer是一个抽象类。

  在NIO库中，所有数据都是用缓冲区处理的，缓冲区包含一些要写入或者读出的数据。

  缓冲区实际上是一个数组，并提供了对数据结构化访问以及维护读写位置等信息。如：ByteBuffer、CharBuffer、 ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。

• 通道

  我们对数据的读取和写入要通过Channel，它就像水管一样，是一个通道。通道不同于流的地方就是通道是双向的，可以用于读、写和同时读写操作。

  底层的操作系统的通道一般都是全双工的，所以全双工的Channel比流能更好的映射底层操作系统的API。

  • ​ SelectableChannel：用户网络读写
  • ​ FileChannel：用于文件操作

• 多路复用器

  Selector提供选择已经就绪的任务的能力：Selector会不断轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面发生读或者写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合，进行后续的I/O操作。

  一个Selector可以同时轮询多个Channel，因为JDK使用了epoll()代替传统的select实现，所以没有最大连接句柄1024/2048的限制。所以，只需要一个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万的客户端。

  • select和poll具有O(n)的无差别轮询复杂度
  • epoll事件复杂度为O(1)，基于时间驱动的

NIO是一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。

适用场景：聊天服务器

异步非阻塞IO（AIO）

NIO 2.0引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。

异步的套接字通道是真正的异步非阻塞I/O，对应于UNIX网络编程中的事件驱动I/O（AIO）。他不需要过多的Selector对注册的通道进行轮询即可实现异步读写，从而简化了NIO的编程模型。

• AsynchronousSocketChannel
• AsynchronousServerSocketChannel
• AsynchronousFileChannel
• AsynchronousDatagramChannel

AIO是一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

适用场景：相册服务器

根据处理数据类型分类

流式

主体部分

字节流

按字节读，可用于文件、图片、视频、音频

OutputStream、InputStream

字符流

按字符读，一般用于文件

Writer、Reader

Java中字符是采用Unicode标准，一个字符是16位，即一个字符使用两个字节来表示。为此，JAVA中引入了处理字符的流。因为数据编码的不同，而有了对字符进行高效操作的流对象。本质其实就是基于字节流读取时，去查了指定的码表。

字节流没有缓冲区，是直接输出的，而字符流是输出到缓冲区的。因此在输出时，字节流不调用close()方法时，信息已经输出了，而字符流只有在调用close()方法关闭缓冲区时，信息才输出。要想字符流在未关闭时输出信息，则需要手动调用flush()方法。

非流式

辅助流式部分的类，如：File、RandomAccessFile、FileDescriptor

其他类

文件读取部分的与安全相关的类，如：SerializablePermission；

与本地操作系统相关的文件系统的类，如：FileSystem、Win32FileSystem、WinNTFileSystem。

根据数据来源/操作对象分类

• 1、文件（file）：FileInputStream、FileOutputStream、FileReader、FileWriter
• 2、数组（[]）：
  • 2.1、字节数组（byte[]）：ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
  • 2.2、字符数组（char[]）：CharArrayReader、CharArrayWriter
• 3、管道操作：PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader、PipedWriter
• 4、基本数据类型：DataInputStream、DataOutputStream
• 5、缓冲操作：BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter
• 6、打印：PrintStream、PrintWriter
• 7、对象序列化反序列化：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
• 8、转换：InputStreamReader、OutputStreWriter
• 9、字符串（String）Java8中已废弃：StringBufferInputStream、StringBufferOutputStream、StringReader、StringWriter

面试题

1. 什么是IO流？
   它是一种数据的流从源头流到目的地。比如文件拷贝，输入流和输出流都包括了。输入流从文件中读取数据存储到进程(process)中，输出流从进程中读取数据然后写入到目标文件。

2. 字节流和字符流的区别。
   字节流在JDK1.0中就被引进了，用于操作包含ASCII字符的文件。JAVA也支持其他的字符如Unicode，为了读取包含Unicode字符的文件，JAVA语言设计者在JDK1.1中引入了字符流。ASCII作为Unicode的子集，对于英语字符的文件，可以可以使用字节流也可以使用字符流。

3. Java中流类的超类主要由那些？

   • java.io.InputStream
   • java.io.OutputStream
   • java.io.Reader
   • java.io.Writer

4. FileInputStream和FileOutputStream是什么？
   这是在拷贝文件操作的时候，经常用到的两个类。在处理小文件的时候，它们性能表现还不错，在大文件的时候，最好使用BufferedInputStream (或 BufferedReader) 和 BufferedOutputStream (或 BufferedWriter)

   public class InputAndOutputBuffering {
       public static void main(String args[]) throws IOException {
           FileInputStream fistream = new FileInputStream("pqr.txt");
           BufferedInputStream bistream = new BufferedInputStream(fistream);
           
           FileOutputStream fostream = new FileOutputStream("xyz.txt");
           BufferedOutputStream bostream = new BufferedOutputStream(fostream);
           
           int temp;
           while( ( temp = bistream.read() ) != -1 ) {
               bostream.write(temp);
               System.out.print((char) temp);
           }
           bostream.close();
           fostream.close();
           bistream.close();
           fistream.close();
       }
   }
   

5. 字节流和字符流，你更喜欢使用拿一个？
   个人来说，更喜欢使用字符流，因为他们更新一些。许多在字符流中存在的特性，字节流中不存在。比如使用BufferedReader而不是BufferedInputStreams或DataInputStream，使用newLine()方法来读取下一行，但是在字节流中我们需要做额外的操作。

6. System.out.println()是什么？
   println是PrintStream的一个方法。out是一个静态PrintStream类型的成员变量，System是一个java.lang包中的类，用于和底层的操作系统进行交互。

7. 什么是Filter流？
   Filter Stream是一种IO流主要作用是用来对存在的流增加一些额外的功能，像给目标文件增加源文件中不存在的行数，或者增加拷贝的性能。

8. 有哪些可用的Filter流？
   在java.io包中主要由4个可用的filter Stream。两个字节filter stream，两个字符filter stream，分别是FilterInputStream, FilterOutputStream, FilterReader and FilterWriter。这些类是抽象类，不能被实例化的。

9. SequenceInputStream的作用？
   在拷贝多个文件到一个目标文件的时候是非常有用的。可用使用很少的代码实现

   public class TwoFiles {
       public static void main(String args[]) throws IOException {
           FileInputStream fistream1 = new FileInputStream("A.txt");  // first source file
           FileInputStream fistream2 = new FileInputStream("B.txt");  //second source file
   
           SequenceInputStream sistream = new SequenceInputStream(fistream1, fistream2);
           FileOutputStream fostream = new FileOutputStream("C.txt");// destination file
   
           int temp;
           while( ( temp = sistream.read() ) != -1) {
               System.out.print( (char) temp ); // to print at DOS prompt
               fostream.write(temp);   // to write to file
           }
           fostream.close();
           sistream.close();
           fistream1.close();
           fistream2.close();
       }
   }
   

10. 说说PrintStream和PrintWriter
    他们两个的功能相同，但是属于不同的分类。字节流和字符流。他们都有println()方法。

11. 在文件拷贝的时候，那一种流可用提升更多的性能？
    在字节流的时候，使用BufferedInputStream和BufferedOutputStream。
    在字符流的时候，使用BufferedReader 和 BufferedWriter

12. 说说管道流(Piped Stream)
    有四种管道流， PipedInputStream, PipedOutputStream, PipedReader 和 PipedWriter.在多个线程或进程中传递数据的时候管道流非常有用。

13. 说说File类
    它不属于 IO流，也不是用于文件操作的，它主要用于知道一个文件的属性，读写权限，大小等信息。

14. 说说RandomAccessFile?
    它在java.io包中是一个特殊的类，既不是输入流也不是输出流，它两者都可以做到。他是Object的直接子类。通常来说，一个流只有一个功能，要么读，要么写。但是RandomAccessFile既可以读文件，也可以写文件。 DataInputStream 和 DataOutStream有的方法，在RandomAccessFile中都存在。

作者：艾贺521 链接：https://www.imooc.com/article/24305