总结篇(21)---Java IO

Java IO：IO主要有两个重点：一是IO的架构模型，二是IO的操作一、IO的架构模型：目前主要有三大类：IO(BIO)、NIO、AIO。（1）IO（BIO）：同步阻塞式IO，适用于连接数目比较小且固定的架构。线程发起IO请求，不管内核是否准备好IO操作，从发起请求起，线程一致阻塞，直到操作完成。（2）NIO：同步非阻塞式IO，适合于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构。（reactor模型）

sun cat

400人浏览 · 2020-12-20 22:47:16

sun cat · 2020-12-20 22:47:16 发布

Java IO：

IO主要有两个重点：一是IO的架构模型，二是IO的操作

一、IO的架构模型：

目前主要有三大类：IO(BIO)、NIO、AIO。

（1）IO（BIO）：同步阻塞式IO，适用于连接数目比较小且固定的架构。

即一个线程发起IO请求后，一直阻塞直到操作完成。

当线程执行 read() 或 write() 系统调用时，数据未就绪前线程一直阻塞，直到数据拷贝完成才返回。每次连接都需要独立线程处理。

（2）NIO：同步非阻塞式IO，适合于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构。

即一个线程轮询检查多个连接的数据状态，只有数据真正准备好时才进行实际的读写。

（reactor模型）：通过 Selector 实现 I/O 多路复用。线程注册感兴趣的事件后即可轮询，数据就绪时再发起读写操作，但读写过程本身仍是阻塞的。

（3）AIO：异步非阻塞式IO，适用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构。

即一个线程发起IO请求后直接返回，当操作系统完成数据拷贝后，再主动通知线程来处理。

（proactor模型）基于操作系统真正的异步 I/O 支持（如 Windows IOCP）。线程发起读写请求后立即返回，由内核完成数据拷贝后通过回调或 Future 通知应用程序。

总结与对比:

特性	BIO (Blocking I/O)	NIO (Non-blocking I/O)	AIO (Asynchronous I/O)
核心包	`java.io`	`java.nio`	`java.nio.channels`
I/O 模型	同步阻塞	同步非阻塞 (多路复用)	异步非阻塞
线程模型	一连接一线程	一线程管理多连接 (Selector)	操作系统回调通知
数据操作	面向流 (单向)	面向缓冲区 (Buffer) (双向)	面向缓冲区 (Buffer)
阻塞点	`read()` / `write()` 处	仅在 `select()` 处可能阻塞	无阻塞，回调完成
适用场景	连接数少，低并发	连接数多，高并发 (短连接)	连接数多，高并发 (长连接，文件)

备注：

1、IO中同步和异步的区别：

同步和异步是相对于应用和内核的交互方式而言的。
同步需要主动去询问，而异步的时候内核在IO事件发生的时候通知应用程序。

2、IO中阻塞式和非阻塞式的区别：

       阻塞式和非阻塞式是针对于进程在访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取不同方式，说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式。
       阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待。
       非阻塞式方式下，读取或者写入函数会立即返回一个状态值。

3、Reactor和Proactor模式的区别：

       Reactor和Proactor模式的主要区别是真正的读取和写入操作是由谁来完成的。
       Reactor中需要应用程序自己读取或写入数据。
       而Proactor模式中，应用程序不需要进行实际的读写过程，它只需要从缓冲区读取或写入即可，操作系统会读取缓冲区或者写入缓冲区到真正的IO设备。

二、IO的操作：

我们先来实例一个IO操作：

/**
** Java文件读写操作
**/
//读文件
    try{
        FileInputStream fis = new FileInputStream("suncat.txt");
        BufferedInputStream bis = new BufferInputStream(fis);
        String content = null;
        //自定义缓冲区
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int flag = 0;
        while( (flag = bis.read(buffer)) != -1){
            content += new String(buffer,0,flag);
        }
        System.out.println(content);
        //关闭的时候只需要关闭最外层的流就行了
        bis.close();
    }catch(Exception e){
        e.printStackTrace();
    }
    
//写文件
    try{
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("suncat.txt");
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos);
        String content = "xxxxxxxxxxx";
        bos.write(content.getBytes(),0,content.getBytes().length);
        bos.flush();
        bos.close();
    }catch(Exception e){
        e.printStackTrace();
    }

Java IO流共涉及40多个类，这些类看上去很杂乱，但实际上很有规律，而且彼此之间存在非常紧密的联系
Java IO流的40多个类都是从如下4个抽象基类中派生出来的。

       （1）InputStream：字节输入流的基类
       （2）OutputStream：字节输出流的基类
       （3）Reader：字符输入流的基类
       （4）Writer：字符输出流的基类

下图是按照操作方式的分类图：

其实，Java IO流中分类还有几种分类方式，不过都大同小异。

   （1）按照流的流向分：输入流和输出流。
   （2）按照操作单元划分：字节流和字符流。
   （3）按照流的角色划分：节点流和处理流。

备注：

1.输入流和输出流的区别：

输入和输出的方向是针对程序而言，向程序中读入数据，就是输入流；从程序中向外写出数据，就是输出流。

2.字节流和字符流的区别：

以stream结尾都是字节流，以reader和writer结尾都是字符流，两者的区别就是读写的时候一个是按字节读写，一个是按字符。在实际使用时差不多。
在读写文件需要对内容按行处理，比如比较特定字符，处理某一行数据的时候一般会选择字符流。只是读写文件，和文件内容无关，一般选择字节流。

3.节点流和处理流的区别：

       节点流和处理流的定义：
       （1）节点流：可以从或者向一个特定的地方（节点）读写数据。
       （2）处理流（用来包装节点流）：是对一个已存在的流的连接和封装，通过所封装的流的功能调用实现数据读写。
       节点流和处理流的区别和联系：
       （1）节点流是低级流，直接跟数据源相接。
           处理流（也叫包装流）把节点流包装了一层，属于修饰器设计模式，不会直接与数据源相接，通过处理流来包装节点流可以消除不同节点流的实现差异，也可以提供更方便的方法来完成输入输出。
       （2）处理流的功能主要体现在以下两个方面：
           1）性能的提升：主要以增加缓冲的方式来提高输入输出的效率。
           2）操作的便捷：处理流可能提供了一系列便捷的方法来一次输入输出大批量的内容，而不是输入/输出一个或多个。

更多java基础总结（适合于java基础学习、java面试常规题）：

总结篇(1)---复用类

总结篇(2)---多态

总结篇(3)---内部类 (1)内部类的基本概念

总结篇(4)---内部类 (2)内部类之静态内部类

总结篇(5)---内部类 (3)内部类之成员内部类

总结篇(6)---内部类 (4)内部类之局部内部类

总结篇(7)---内部类 (5)内部类之匿名内部类

总结篇(8)---序列化

总结篇(9)---字符串及基本类 (1)字符串及基本类之基本数据类型

总结篇(10)---字符串及基本类 (2)字符串及基本类之java中公共方法及操作

总结篇(11)---字符串及基本类 (3)String对象