Loading... # IO 参考文档： [Java基础知识面试题（2020最新版）](https://blog.csdn.net/ThinkWon/article/details/104390612?utm_medium=distribute.pc_category.none-task-blog-hot-4.nonecase&depth_1-utm_source=distribute.pc_category.none-task-blog-hot-4.nonecase&request_id=) [java之I/O系列01——IO概述](https://blog.csdn.net/ysz171360154/article/details/107284966?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~baidujs_title~default-0.no_search_link&spm=1001.2101.3001.4242.1) [【Java基础-3】吃透Java IO：字节流、字符流、缓冲流](https://blog.csdn.net/mu_wind/article/details/108674284) 1. Java IO流有什么特点？ 2. Java IO流分为几种类型？ 3. 字节流和字符流的关系与区别？ 4. 字符流是否使用了缓冲？ 5. 缓冲流的效率一定高吗？为什么？ 6. 缓冲流体现了Java中的哪种设计模式思想？ 7. 为什么要实现序列化?如何实现序列化? 8. 序列化数据后，再次修改类文件，读取数据会出问题，如何解决呢? ## 一、相识 ### 1.1 什么是IO ``` ``` **IO是指对数据流的输入(IN)和输出(OUT)，也称为IO流**。 ``` 指应用程序和外部设备之间的数据传递，常见的外部设备包括文件、管道、网络连接。 ``` ``` ``` **流（Stream）**，是一个抽象的概念，是**指一连串的数据（字符或字节），是以先进先出的方式发送信息的通道**。 ``` 当程序需要读取数据的时候，就会开启一个通向数据源的流，这个数据源可以是文件，内存，或是网络连接。类似的，当程序需要写入数据的时候，就会开启一个通向目的地的流。这时候你就可以想象数据好像在这其中“流”动一样。 ``` ### 1.2 IO流有什么特性 一般关于流的特性有下面几点： - **先进先出**：最先写入输出流的数据最先被输入流读取到。 - **顺序存取**：可以一个接一个地往流中写入一串字节，读出时也将按写入顺序读取一串字节，不能随机访问中间的数据。（RandomAccessFile除外） - **只读或只写**：每个流只能是输入流或输出流的一种，不能同时具备两个功能，输入流只能进行读操作，对输出流只能进行写操作。在一个数据传输通道中，如果既要写入数据，又要读取数据，则要分别提供两个流。 ### 1.3 IO流的分类 IO流的主要分类方式有一下3种： 1. 按数据流向分为：输入流、输出流 2. 按处理数据单位分为：字节流、字符流 3. 按流的角色分为：节点流、处理流 #### 1. 输入流、输出流 ``` 输入与输出是相对于应用程序而言的，比如文件读写，读取文件是输入流，写文件是输出流。 ``` #### 2. 字节流与字符流 ``` Java中字符是采用Unicode标准，Unicode 编码中，一个英文字母或一个中文汉字为两个字节。 ``` ``` 字节流：每次读取(写出)一个字节，当传输的资源文件有中文时，就会出现乱码； ``` ``` 字符流：每次读取(写出)两个字节，有中文时，使用该流就可以正确传输显示中文。 ``` - 字节流通常用于处理二进制数据，处理图像、视频、音频、PPT、Word等类型的文件，实际上它可以处理任意类型的数据，但它不支持直接写入或读取Unicode码元；字符流通常处理文本数据，它支持写入及读取Unicode码元。 - 字节流默认不使用缓冲区；字符流使用缓冲区。    #### 3. 节点流和处理流 **节点流**：直接操作数据读写的流类，比如`FileInputStream` **处理流**：对一个已存在的流的链接和封装，通过对数据进行处理为程序提供功能强大、灵活的读写功能，例如`BufferedInputStream`（缓冲字节流）处理流的构造方法总是要带一个其他的流对象做参数。一个流对象经过其他流的多次包装。 **处理流和节点流应用了Java的装饰者设计模式，处理流是对节点流的封装，最终的数据处理还是由节点流完成的。** ## 二、IO流对象 ``` Java Io流共涉及40多个类，这些类看上去很杂乱，但实际上很有规则，而且彼此之间存在非常紧密的联系， Java I0流的40多个类都是从如下4个抽象类基类中派生出来的。 ``` - **InputStream/Reader:** 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。 - **OutputStream/Writer:** 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。  **常用IO对象** ### 2.1 File类 `File`类是用来操作文件的类，但它不能操作文件中的数据。  `File`类实现了`Serializable`、 `Comparable<File>`，说明它是支持序列化和排序的。 **File类的构造方法** | 方法名 | 说明 | | ------------------------------------- | ----------------------------------------------------------------------- | | `File(File parent, String child)` | 根据 parent 抽象路径名和 child 路径名字符串创建一个新 File 实例。 | | `File(String pathname)` | 通过将给定路径名字符串转换为抽象路径名来创建一个新 File 实例。 | | `File(String parent, String child)` | 根据 parent 路径名字符串和 child 路径名字符串创建一个新 File 实例。 | | `File(URI uri)` | 通过将给定的 file: URI 转换为一个抽象路径名来创建一个新的 File 实例。 | **File类的常用方法** | **方法** | 说明 | | --------------------- | ------------------------------------------------------------------------------ | | `createNewFile()` | 当且仅当不存在具有此抽象路径名指定名称的文件时，不可分地创建一个新的空文件。 | | `delete()` | 删除此抽象路径名表示的文件或目录。 | | `exists()` | 测试此抽象路径名表示的文件或目录是否存在。 | | `getAbsoluteFile()` | 返回此抽象路径名的绝对路径名形式。 | | `getAbsolutePath()` | 返回此抽象路径名的绝对路径名字符串。 | | `length()` | 返回由此抽象路径名表示的文件的长度。 | | `mkdir()` | 创建此抽象路径名指定的目录。 | **代码** ```java public class FileTest { public static void main(String[] args) throws IOException { File file = new File("D:/test.txt"); // 判断文件是否存在 if (!file.exists()) { // 不存在则创建 file.createNewFile(); } System.out.println("文件的绝对路径：" + file.getAbsolutePath()); System.out.println("文件的大小：" + file.length()); // 刪除文件 file.delete(); } } ``` ### 2.2 字节流 `InputStream`与`OutputStream`是两个抽象类，是字节流的基类，所有具体的字节流实现类都是分别继承了这两个类。 以`InputStream`为例，它继承了`Object`，实现了`Closeable` **`InputStream`类有很多的实现子类，下面列举了一些比较常用的：**  详细说明一下上图中的类： 1. `InputStream`：`InputStream`是所有字节输入流的抽象基类，前面说过抽象类不能被实例化，实际上是作为模板而存在的，**为所有实现类定义了处理输入流的方法**。 2. `FileInputSream`：文件输入流，一个非常重要的字节输入流，用于对文件进行读取操作。 3. `FilterInputStream`：装饰者类，具体的装饰者继承该类，这些类都是处理类，作用是对节点类进行封装，实现一些特殊功能。 4. `BufferedInputStream`：缓冲流，对节点流进行装饰，内部会有一个缓存区，用来存放字节，每次都是将缓存区存满然后发送，而不是一个字节或两个字节这样发送，效率更高。 5. `DataInputStream`：数据输入流，它是用来装饰其它输入流，作用是“允许应用程序以与机器无关方式从底层输入流中读取基本 Java 数据类型”。 6. `ByteArrayInputStream`：字节数组输入流，从字节数组(byte[])中进行以字节为单位的读取，也就是将资源文件都以字节的形式存入到该类中的字节数组中去。 7. `PipedInputStream`：管道字节输入流，能实现多线程间的管道通信。 8. `ObjectInputStream`：对象输入流，用来提供对**基本数据或对象**的持久存储。通俗点说，也就是能直接传输对象，通常应用在反序列化中。它也是一种处理流，构造器的入参是一个`InputStream`的实例对象。 **`OutputStream`类继承关系图：**  `OutputStream`类继承关系与`InputStream`类似，需要注意的是`PrintStream`. **字节流方法：** 字节输入流`InputStream`主要方法： - `read()` ：从此输入流中读取一个数据字节。 - `read(byte[] b)` ：从此输入流中将最多 b.length 个字节的数据读入一个 byte 数组中。 - `read(byte[] b, int off, int len)` ：从此输入流中将最多 len 个字节的数据读入一个 byte 数组中。 - `close()`：关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。 字节输出流`OutputStream`主要方法： - `write(byte[] b)` ：将 b.length 个字节从指定 byte 数组写入此文件输出流中。 - `write(byte[] b, int off, int len)` ：将指定 byte 数组中从偏移量 off 开始的 len 个字节写入此文件输出流。 - `write(int b)` ：将指定字节写入此文件输出流。 - `close()` ：关闭此输入流并释放与该流关联的所有系统资源。 ### 2.3 字符流 与字节流类似，字符流也有两个抽象基类，分别是`Reader`和`Writer`。其他的字符流实现类都是继承了这两个类。 以`Reader`为例，它的主要实现子类如下图：  **各个类的详细说明：** 1. `InputStreamReader`：**从字节流到字符流的桥梁**（`InputStreamReader`构造器入参是`FileInputStream`的实例对象），它读取字节并使用指定的字符集将其解码为字符。它使用的字符集可以通过名称指定，也可以显式给定，或者可以接受平台的默认字符集。 2. `BufferedReader`：从字符输入流中读取文本，设置一个缓冲区来提高效率。`BufferedReader`是对`InputStreamReader`的封装，前者构造器的入参就是后者的一个实例对象。 3. `PipedReader` ：管道字符输入流。实现多线程间的管道通信。 4. `FileReader`：用于读取字符文件的便利类，`new FileReader(File file)`等同于`new InputStreamReader(new FileInputStream(file, true),"UTF-8")`，但FileReader不能指定字符编码和默认字节缓冲区大小。 5. `CharArrayReader`：从`Char`数组中读取数据的介质流。 6. `StringReader` ：从`String`中读取数据的介质流。 `Writer`与`Reader`结构类似，方向相反。唯一有区别的是，`Writer`的子类`PrintWriter`。 **字符流方法：** 字符输入流`Reader`主要方法： - `read()`：读取单个字符。 - `read(char[] cbuf)` ：将字符读入数组。 - `read(char[] cbuf, int off, int len)` ： 将字符读入数组的某一部分。 - `read(CharBuffer target)` ：试图将字符读入指定的字符缓冲区。 - `flush()` ：刷新该流的缓冲。 - `close()` ：关闭此流，但要先刷新它。 字符输出流`Writer`主要方法： - `write(char[] cbuf)` ：写入字符数组。 - `write(char[] cbuf, int off, int len)` ：写入字符数组的某一部分。 - `write(int c)` ：写入单个字符。 - `write(String str)` ：写入字符串。 - `write(String str, int off, int len)` ：写入字符串的某一部分。 - `flush()` ：刷新该流的缓冲。 - `close()` ：关闭此流，但要先刷新它。 另外，字符缓冲流还有两个独特的方法： - `BufferedWriter`类`newLine()` ：**写入一个行分隔符。这个方法会自动适配所在系统的行分隔符。** - `BufferedReader`类`readLine()` ：读取一个文本行。 ### 2.4 序列化 ## 三、IO模型 ### 3.1 BIO,NIO,AIO 有什么区别? **简答** - BIO：Block IO 同步阻塞式 IO，就是我们平常使用的传统 IO，它的特点是模式简单使用方便，并发处理能力低。 - NIO：Non IO 同步非阻塞 IO，是传统 IO 的升级，客户端和服务器端通过 Channel（通道）通讯，实现了多路复用。 - AIO：Asynchronous IO 是 NIO 的升级，也叫 NIO2，实现了异步非堵塞 IO ，异步 IO 的操作基于事件和回调机制。 **详细回答** - **BIO (Blocking I/O):** 同步阻塞I/O模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。在活动连接数不是特别高（小于单机1000）的情况下，这种模型是比较不错的，可以让每一个连接专注于自己的 I/O 并且编程模型简单，也不用过多考虑系统的过载、限流等问题。 线程池本身就是一个天然的漏斗，可以缓冲一些系统处理不了的连接或请求。但是，当面对十万甚至百万级连接的时候，传统的 BIO 模型是无能为力的。因此，我们需要一种更高效的 I/O 处理模型来应对更高的并发量。 - **NIO (New I/O):** NIO是一种同步非阻塞的I/O模型，在Java 1.4 中引入了NIO框架，对应 java.nio 包，提供了 Channel , Selector，Buffer等抽象。NIO中的N可以理解为Non-blocking，不单纯是New。它支持面向缓冲的，基于通道的I/O操作方法。 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。阻塞模式使用就像传统中的支持一样，比较简单，但是性能和可靠性都不好；非阻塞模式正好与之相反。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 - **AIO (Asynchronous I/O):** AIO 也就是 NIO 2。在 Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步非阻塞的IO模型。异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。 AIO 是异步IO的缩写，虽然 NIO 在网络操作中，提供了非阻塞的方法，但是 NIO 的 IO 行为还是同步的。对于 NIO 来说，我们的业务线程是在 IO 操作准备好时，得到通知，接着就由这个线程自行进行 IO 操作，IO操作本身是同步的。查阅网上相关资料，我发现就目前来说 AIO 的应用还不是很广泛，Netty 之前也尝试使用过 AIO，不过又放弃了。  Last modification：November 13th, 2021 at 03:11 pm © 允许规范转载