java io

設計模式

裝飾者模式、適配器模式

類別

同步阻塞IO（BIO）

BIO是一個鏈接一個線程。

傳統的同步阻塞模型開發中，ServerSocket負責綁定IP地址，啓動監聽端口；Socket負責發起鏈接操做。鏈接成功後，雙方經過輸入和輸出流進行同步阻塞式通訊。

該模型最大的問題就是缺少彈性伸縮能力，當客戶端併發訪問量增長後，服務端的線程個數和客戶端併發訪問數呈1:1的正比關係，Java中的線程也是比較寶貴的系統資源，線程數量快速膨脹後，系統的性能將急劇降低，隨着訪問量的繼續增大，系統最終就死-掉-了。

同步非阻塞IO（NIO）

NIO提供了與傳統BIO模型中的Socket和ServerSocket相對應的SocketChannel和ServerSocketChannel兩種不一樣的套接字通道實現。兩種通道都支持阻塞和非阻塞兩種模式。

對於低負載、低併發的應用程序，可使用同步阻塞I/O來提高開發速率和更好的維護性；對於高負載、高併發的（網絡）應用，應使用NIO的非阻塞模式來開發。

• 緩衝區

  java.nio.Buffer是一個抽象類。

  在NIO庫中，全部數據都是用緩衝區處理的，緩衝區包含一些要寫入或者讀出的數據。

  緩衝區其實是一個數組，並提供了對數據結構化訪問以及維護讀寫位置等信息。如：ByteBuffer、CharBuffer、 ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。

• 通道

  咱們對數據的讀取和寫入要經過Channel，它就像水管同樣，是一個通道。通道不一樣於流的地方就是通道是雙向的，能夠用於讀、寫和同時讀寫操做。

  底層的操做系統的通道通常都是全雙工的，因此全雙工的Channel比流能更好的映射底層操做系統的API。

  • ​ SelectableChannel：用戶網絡讀寫
  • ​ FileChannel：用於文件操做

• 多路複用器

  Selector提供選擇已經就緒的任務的能力：Selector會不斷輪詢註冊在其上的Channel，若是某個Channel上面發生讀或者寫事件，這個Channel就處於就緒狀態，會被Selector輪詢出來，而後經過SelectionKey能夠獲取就緒Channel的集合，進行後續的I/O操做。

  一個Selector能夠同時輪詢多個Channel，由於JDK使用了epoll()代替傳統的select實現，因此沒有最大鏈接句柄1024/2048的限制。因此，只須要一個線程負責Selector的輪詢，就能夠接入成千上萬的客戶端。

  • select和poll具備O(n)的無差異輪詢複雜度
  • epoll事件複雜度爲O(1)，基於時間驅動的

NIO是一個請求一個線程，即客戶端發送的鏈接請求都會註冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到鏈接有I/O請求時才啓動一個線程進行處理。

適用場景：聊天服務器

異步非阻塞IO（AIO）

NIO 2.0引入了新的異步通道的概念，並提供了異步文件通道和異步套接字通道的實現。

異步的套接字通道是真正的異步非阻塞I/O，對應於UNIX網絡編程中的事件驅動I/O（AIO）。他不須要過多的Selector對註冊的通道進行輪詢便可實現異步讀寫，從而簡化了NIO的編程模型。

• AsynchronousSocketChannel
• AsynchronousServerSocketChannel
• AsynchronousFileChannel
• AsynchronousDatagramChannel

AIO是一個有效請求一個線程，客戶端的I/O請求都是由OS先完成了再通知服務器應用去啓動線程進行處理。

適用場景：相冊服務器

根據處理數據類型分類

流式

主體部分

字節流

按字節讀，可用於文件、圖片、視頻、音頻

OutputStream、InputStream

字符流

按字符讀，通常用於文件

Writer、Reader

Java中字符是採用Unicode標準，一個字符是16位，即一個字符使用兩個字節來表示。爲此，JAVA中引入了處理字符的流。由於數據編碼的不一樣，而有了對字符進行高效操做的流對象。本質其實就是基於字節流讀取時，去查了指定的碼錶。

字節流沒有緩衝區，是直接輸出的，而字符流是輸出到緩衝區的。所以在輸出時，字節流不調用close()方法時，信息已經輸出了，而字符流只有在調用close()方法關閉緩衝區時，信息才輸出。要想字符流在未關閉時輸出信息，則須要手動調用flush()方法。

非流式

輔助流式部分的類，如：File、RandomAccessFile、FileDescriptor

其餘類

文件讀取部分的與安全相關的類，如：SerializablePermission；

與本地操做系統相關的文件系統的類，如：FileSystem、Win32FileSystem、WinNTFileSystem。

根據數據來源/操做對象分類

• 一、文件（file）：FileInputStream、FileOutputStream、FileReader、FileWriter
• 二、數組（[]）：
  • 2.一、字節數組（byte[]）：ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
  • 2.二、字符數組（char[]）：CharArrayReader、CharArrayWriter
• 三、管道操做：PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader、PipedWriter
• 四、基本數據類型：DataInputStream、DataOutputStream
• 五、緩衝操做：BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter
• 六、打印：PrintStream、PrintWriter
• 七、對象序列化反序列化：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
• 八、轉換：InputStreamReader、OutputStreWriter
• 九、字符串（String）Java8中已廢棄：StringBufferInputStream、StringBufferOutputStream、StringReader、StringWriter

面試題

1. 什麼是IO流？
   它是一種數據的流從源頭流到目的地。好比文件拷貝，輸入流和輸出流都包括了。輸入流從文件中讀取數據存儲到進程(process)中，輸出流從進程中讀取數據而後寫入到目標文件。

2. 字節流和字符流的區別。
   字節流在JDK1.0中就被引進了，用於操做包含ASCII字符的文件。JAVA也支持其餘的字符如Unicode，爲了讀取包含Unicode字符的文件，JAVA語言設計者在JDK1.1中引入了字符流。ASCII做爲Unicode的子集，對於英語字符的文件，能夠可使用字節流也可使用字符流。

3. Java中流類的超類主要由那些？

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

4. FileInputStream和FileOutputStream是什麼？
   這是在拷貝文件操做的時候，常常用到的兩個類。在處理小文件的時候，它們性能表現還不錯，在大文件的時候，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. 字節流和字符流，你更喜歡使用拿一個？
   我的來講，更喜歡使用字符流，由於他們更新一些。許多在字符流中存在的特性，字節流中不存在。好比使用BufferedReader而不是BufferedInputStreams或DataInputStream，使用newLine()方法來讀取下一行，可是在字節流中咱們須要作額外的操做。

6. System.out.println()是什麼？
   println是PrintStream的一個方法。out是一個靜態PrintStream類型的成員變量，System是一個java.lang包中的類，用於和底層的操做系統進行交互。

7. 什麼是Filter流？
   Filter Stream是一種IO流主要做用是用來對存在的流增長一些額外的功能，像給目標文件增長源文件中不存在的行數，或者增長拷貝的性能。

8. 有哪些可用的Filter流？
   在java.io包中主要由4個可用的filter Stream。兩個字節filter stream，兩個字符filter stream，分別是FilterInputStream, FilterOutputStream, FilterReader and FilterWriter。這些類是抽象類，不能被實例化的。

9. SequenceInputStream的做用？
   在拷貝多個文件到一個目標文件的時候是很是有用的。可用使用不多的代碼實現

   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. 說說PrintStream和PrintWriter
    他們兩個的功能相同，可是屬於不一樣的分類。字節流和字符流。他們都有println()方法。

11. 在文件拷貝的時候，那一種流可用提高更多的性能？
    在字節流的時候，使用BufferedInputStream和BufferedOutputStream。
    在字符流的時候，使用BufferedReader 和 BufferedWriter

12. 說說管道流(Piped Stream)
    有四種管道流， PipedInputStream, PipedOutputStream, PipedReader 和 PipedWriter.在多個線程或進程中傳遞數據的時候管道流很是有用。

13. 說說File類
    它不屬於 IO流，也不是用於文件操做的，它主要用於知道一個文件的屬性，讀寫權限，大小等信息。

14. 說說RandomAccessFile?
    它在java.io包中是一個特殊的類，既不是輸入流也不是輸出流，它二者均可以作到。他是Object的直接子類。一般來講，一個流只有一個功能，要麼讀，要麼寫。可是RandomAccessFile既能夠讀文件，也能夠寫文件。 DataInputStream 和 DataOutStream有的方法，在RandomAccessFile中都存在。

做者：艾賀521 連接：https://www.imooc.com/article/24305