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。
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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。
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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
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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
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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。 -
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。 -
Java中流类的超类主要由那些?
- java.io.InputStream
- java.io.OutputStream
- java.io.Reader
- java.io.Writer
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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(); } }
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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。 -
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。 -
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。 -
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。 -
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(); } }
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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。 -
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 -
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。 -
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。 -
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
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