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