java IO

1.IO相关概念

1.1什么是IO

所谓IO即input和output的缩写，是对数据的流入和流出的一种抽象，编程中很常见的一个概念。

1.2什么是流

体会一下这几个词：水流（静止的水想必没人会叫水流），物流，人流（此人流非彼人流 = =！），可以发现流的特点：动态的，可转移

的，从一处到另一处的

1.3 java io

java为了我们调用方便，而屏蔽输入/输出源和流动细节，抽象出的用于解决数据流动问题的类体系，这就是java的io流

1.4 输入流和输出流

用于读取的流称为输入流，用于写入的流称为输出流。输入输出的概念一般针对内存来说的

1.5 字节流和字符流

输入输出流可操作的最小单位来区分字节流和字符流，最小单位是一个字节（8bit）的为字节流，

最小单位是一个字符（16bit）的为字符流。

1.6 节点流和包装（处理）流

1）节点流偏向实现细节，直接与细节打交道，比如FileInputStream，而包装（处理）流偏功能，以目标功能为抽象，比如PrintStream。

2）区分节点流和包装（处理）流最简单的一个方式：处理流的构造方法中需要另一个流作为参数，而节点流构造方法则是具体的物理节点，如上FileInputStream构造法中需要一个文件路径或者File对象，

而PrintStream构造方法中则需要一个流对象

3）包装流使用了装饰器模式（什么是装饰器模式？传送门），包装流对节点流进行了一系列功能的强化包装，让包装后的流拥有了更多的操作手段或更高的操作效率，而隐藏节点流底层的复杂性。

1.7 低级流和高级流

低级流和高级流对应的概念即对应上面的节点流和包装（处理）流概念

1.8 普通流和缓冲流

普通流和缓冲流主要是针对读写性能上提出的相对概念。普通流与缓冲流的区别在于一个一个数据的流

动还是一堆一堆数据的流动。

1.9 bio，nio，aio

bio：阻塞式IO模型：服务端启动，等待客户端的连接，在客户端连接到服务端后，服务端启动一个线程去监听客户端消息，客户端发送消息，并等待服务端返回（客户端一直阻塞），

服务端收到消息，将消息返回给客户端，此时一次交互完成。若还需交互，则不释放连接，客户端再次将消息发送给服务端，并等待返回，若不需要交互，则客户端释放连接。

nio：同步非阻塞的 IO 模型。同步是指线程不断轮询 IO 事件是否就绪，非阻塞是指线程在等待 IO 的时候，可以同时做其他任务。同步的核心就是 Selector，Selector 代替了线程本身轮询 IO 事件，避免了阻塞同时减少了不必要的线程消耗；非阻塞的核心就是通道和缓冲区，当 IO 事件就绪时，可以通过写道缓冲区，保证 IO 的成功，而无需线程阻塞式地等待。

aio：异步非阻塞IO、是在JDK 1.7的时候才推出的模型。是利用了本地操作系统的IO操作处理模式，当有IO操作产生之后，会启动有一个单独的线程，它将所有的IO操作全部交由系统完成，只需要知道返回结果即可。主要的模式是基于操作回调的方式来完成处理的，如果以烧水为例：在烧水的过程之中你不需要去关注这个水的状态，在烧水完成后才进行通知。

发展历程：bio(jdk1.0) -> nio(jdk1.4) -> aio(jdk1.7)

下面我们来说说bio

bio类体系

1.1 体系图

这里写图片描述

1.2 从数据来源或者操作对象角度看，IO类还可以划分为：

文件（file）：FileInputStream、FileOutputStream、FileReader、FileWriter
数组（[]）：
字节数组（byte[]）：ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream
字符数组（char[]）：CharArrayReader、CharArrayWriter
管道操作：PipedInputStream、PipedOutputStream、PipedReader、PipedWriter
基本数据类型：DataInputStream、DataOutputStream
缓冲操作：BufferedInputStream、BufferedOutputStream、BufferedReader、BufferedWriter
打印：PrintStream、PrintWriter
对象序列化反序列化：ObjectInputStream、ObjectOutputStream
转换：InputStreamReader、OutputStreWriter
字符串（String）：StringBufferInputStream、StringBufferOutputStream、StringReader、StringWriter

2.BIO体系中的类该怎么使用？

要回答这个问题，我们需要将这个问题进行拆分为下面四个问题

2.1 什么时候该用输入流，什么时候用输出流？

从流中读取信息使用输入流（xxxInputStream/xxxReader），写入信息使用输出流（xxxOutputStream/xxxWriter）

2.2 什么时候该用字节流，什么时候用字符流？

处理纯文本数据时使用字符流（xxxReader/xxxWriter），处理非纯文本时使用字节流（xxxStream）。最后其实不管什么类型文件都可以用字节流处理，包括纯文本，但会增加一些额外的工作量。所以还是按原则选择最合适的流来处理

2.3 什么时候该用节点流，什么时候用包装（处理）流？

不管你用什么包装（处理）流，都需要先使用节点流获取对应节点的数据流，然后根据具体需求来选择相应的包装（处理）流来对节点流进行包装修饰，从而获取相应的功能

2.4 什么时候该用普通流，什么时候用缓冲流？

一般如果对数据流不做加工处理，而是单纯的读写，如数据转移（拷贝，上传，下载），则需要使用缓冲流来提高性能，当然你也可以自己使用buff数组来提高读写效率。

2.5 使用小结

1）判断操作的数据类型

纯文本数据：读用Reader系，写用Writer系

非纯文本数据：读用InputStream系，写用OutputStream系

如果纯文本数据只是简单的复制，下载，上传，不对数据内容本身做处理，那么使用Stream系

2）判断操作的物理节点

内存：ByteArrayXXX

硬盘：FileXXX

网络：http中的request和response均可获取流对象，tcp中socket对象可获取流对象

键盘（输入设备）：System.in

显示器（输出设备）：System.out

3）搞清读写顺序，一般是先获取输入流，从输入流中读取数据，然后再写到输出流中。

4）是否需增加特殊功能，如需要用缓冲提高读写效率则使用BufferedXXX，如果需要获取文本行号，则使用LineNumberXXX，如果需要转换流则使用InputStreamReader和OutputStreamWriter，如果需要写入和读取对象则使用ObjectOutputStream和ObjectInputStream

3.使用IO流一些注意点

3.1 关于流读写性能问题

流的读写是比较耗时的操作，因此为了提高性能，便有缓冲的这个概念（，在java bio中使用缓冲一般有两种方式。一种是自己申明一个缓冲数组，利用这个数组来提高读写效率；另一种方式是使用jdk提供的处理流BufferedXXX类。下面我们分别演示不使用缓冲读写，使用自定义的缓冲读写，使用BufferedXXX缓冲读写一个文件。

下面写一个使用BufferedXXX类自定义大小缓冲来读写文件的例子

    /**
     * @param src 被拷贝的文件对象
     * @param dest 拷贝目的地文件对象
     * @param size 自定义缓冲区大小
     */
    public static void copyByBufferedStream(File src,File dest,int size) {
        BufferedInputStream bis = null;
        BufferedOutputStream bos = null;
        long start = System.currentTimeMillis();
        try{
            bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(src));
            bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(dest));
            int b = 0;
            byte[] buff = new byte[size];
            while( (b = bis.read(buff))!=-1){//数据读入缓冲区
                bos.write(buff,0,b);//将缓存区数据写入输出流中
            }
            bos.flush();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }finally{
            close(bos,bis);
        }
        System.out.println("使用BufferedXXXStream拷贝大小"+getSize(src)+"的文件使用了缓冲数组耗时："+(System.currentTimeMillis()-start)+"毫秒");
    }

3.2 如何判断文件是否读写完毕？
我们一般在处理文件，一般是一边从输出流中读数据，然后将读出的部分进行处理，最后将处理好的数据写入到输出流中。那么要将一个文件完整的处理完，我们必须知道什么时候已经读到文件的末尾了。
一般来说可以根据read方法返回的值，如果返回了-1表示没有可读取的字节了。
另一种是使用available()方法查看还有多少可供读取的，当输入流每读一个字节，available()返回的值便减小1，这种模式很像游标的模式，但要注意的是available的适用场景是非阻塞读取，如本地文件读取，如果是网络io使用该方法，可能你拿到的值就不对了。

3.3 关于网络流中使用available()方法的问题
当你在网络io中，比如你用socket编程时获取到的流进行读写时，会发现使用available方法有问题，原因是网络io的特点是：
1.非实时性。你调用available()方法判断剩余流的大小时，远端数据可能还未发送，或者要发送的数据处于队列中，因此通过available()拿到的可用长度可能是0
2.非连续性。由于网络数据传输中，一般会分段多次发送，available仅仅能返回本次的可用长度。
鉴于以上两个特点，使用available判断网络io还有多少数据可读是不合适的，因此解决该问题一般采用自定义协议，比如文件大小，文件名等信息放入流的头几个字节中，接收方根据收到的头信息来解析出对法传送的文件大小，根据大小来判断还剩多少字节需要读取，是否读取完毕。

3.4 关于flush()的问题

为什么缓冲输出流写数据结束需要调用flush方法？我们以BufferedOutputStream的write(int b)方法源码为例，源码如下：

    public synchronized void write(int b) throws IOException {
        if (count >= buf.length) {
            flushBuffer();
        }
        buf[count++] = (byte)b;
    }

BufferedOutputStream在write时候，只有count >= buf.length，即缓冲区数据填满的时候才会自动调用flushBuffer()将缓冲区数据进行写入，也就是说如果缓冲区数据未满则将不会写入，这时我们需人为的调用flush()方法将未满的缓冲区数据进行写入。

来源：CSDN

作者：十点半睡

链接：https://blog.csdn.net/weixin_43299321/article/details/103888005

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1.1 体系图

2.BIO体系中的类该怎么使用？

3.使用IO流一些注意点