Java中的IO流

Java中的IO流

计算机结构中的IO

计算机结构：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备（5）

I/O描述了计算机系统与外部设备之间的通行过程

应用程序中的I/O

一个进程的地址空间划分为用户空间和内核空间

用户空间是我们平时的程序运行的地方，只有内核空间有权限进行系统态级别的操作即IO操作必须依赖内核空间进行

用户空间不能直接访问内核空间，需要通过系统调用间接访问内核空间

应用程序发起IO操作调用，内核空间等待IO设备准备好数据，内核将数据从内核空间拷贝到用户空间

常见的IO模型

Linux系统中有同步阻塞I/O，同步非阻塞I/O，I/O多路复用，信号驱动I/O，异步I/O

补充知识点同步、异步、阻塞与非阻塞

同步

• 同步操作意味着在操作完成之前，调用者会一直等待。例如，当应用程序需要读取文件时，若使用同步读取，应用程序会暂停执行直到数据被完全读取。同步操作通常简单直接，但可能导致效率低下，因为调用者必须等待操作完成才能进行下一步。
• 一个典型的例子是在B/S架构中，客户端发出请求并等待服务器响应，客户端在等待期间无法执行其他操作。

异步

• 异步操作允许调用者在启动操作后继续执行其他任务，不需要等待操作完成。当操作完成时，系统会通过某种机制（如回调函数或通知）告知调用者。这种模型在需要高并发处理的应用程序中特别有用，例如Node.js就广泛使用异步操作来提高性能。
• 使用异步操作的例子包括ajax请求，用户无需等待服务器的响应即可进行页面上的其他操作。

阻塞

• 阻塞操作指在操作完成之前，当前线程或进程会被挂起，即不能执行任何其他操作。这样，在等待数据或资源的过程中，处理器不执行任何实际计算。阻塞操作通常用在简单的场景中，但可能在资源等待时间过长时造成资源浪费。
• 例如，读取文件时，如果采用阻塞模式，那么在数据读取完成之前，程序将无法继续执行后续代码。

非阻塞

• 非阻塞操作允许线程或进程在操作未完成时继续执行其他任务。此模式通常用于复杂的、多任务的系统中，以最大化资源利用率。非阻塞操作可能需要更复杂的管理逻辑，因为必须在操作完成后协调结果的处理。
• 举例来说，非阻塞的文件读取会在数据未完全读取时立即返回，允许程序进行其他计算或读取其他文件。

Java中常见的IO模型

BIO（Blocking I/O） 同步阻塞IO模型

同步阻塞IO模型中，程序发起read后会一直等待内核把数据拷贝到用户空间

问题：等待的时候浪费性能

NIO（Non—blocking/New I/O） I/O多路复用模型

也有人认为属于同步非阻塞IO模型

同步非阻塞

应用会一直发送read调用直到内核把数据拷贝到用户空间

问题：不断read十分消耗CPU资源

I/O多路复用

线程先发起select询问内核数据是否准备就绪，数据准备就绪后在进行read（read调用期间还是堵塞的）

select大部分系统的系统调用 epoll Linux的系统调用select的增强版本

Java中的NIO

选择器（Selector）也叫多路复用器

当客户端数据到达后，线程才会为其服务

AIO（Asynchronous I/O）

基于事件和回调机制实现 应用操作后会直接返回不堵塞，当后台处理完成后操作系统通知线程进行后续操作

总结