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。

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。
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
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

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

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();
    }
}

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();
    }
}

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