Java IO

概述

Java的I/O大概可以分成以下几类：

磁盘操作：File
字节操作：InputStream和OutputStream
字符操作：Reader和Writer
对象操作：Serializable
网路操作：Socket
新的输入/输出：NIO

1、流的概念和作用

流：代表任何有能力产出数据的数据源对象或者使有能力接受数据的接收对象

流的本质：数据传输，根据数据传输特性将流抽象为各种类，方便更直观的进行数据操作。

流的作用：为数据源和目的建立一个输送通道。

Java中将输入输出抽象称为流，就好像水管，将两个容器连接起来。流是一组有顺序的，有起点和终点的字节集合，是对数据传输的总称或抽象。即数据在两设备间的传输称为流。

Java IO所采用的模型

Java的IO模型设计非常优秀，它使用decorator（装饰者）模式，按功能划分Stream，可以动态装配这些Stream，以获得需要的功能。

字节流和字符流

字节流读取的时候，读到一个字节就返回一个字节；字符流使用字节流读到一个或多个字节（中文对应的字节数是两个，在UTF-8码表中是3个字节）。先去查指定的编码表，将查到的字符返回。字节流可以处理所有类型数据，如：图片，MP3，AVI视频文件，而字符流智能处理字符数据。只要是处理纯文本数据，就要优先考虑使用字符流，除此之外都用字节流。字节流主要操作byte类型数据，以byte数组为准，主要操作类就是OutputStream、InputStream。字符流处理的单元为2个字节的Unicode字符，分别操作字符、字符数组或字符串，而字节流处理单元为1个字节，操作字节和字节数组。所以字符流是由Java虚拟机将字节转化为2个字节的Unicode字符为单位的字符而成的。

NIO

NIO的特性/NIO与IO区别

Java NIO 是 java 1.4 之后新出的一套IO接口，这里的的新是相对于原有标准的Java IO和Java Networking接口。NIO提供了一种完全不同的操作方式。

NIO中的N可以理解为Non-blocking，不单纯是New。

NIO的特性/NIO与IO区别

1 Channels and Buffers（通道和缓冲区）

IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的

标准的IO编程接口是面向字节流和字符流的。而NIO是面向通道和缓冲区的，数据总是从通道中读到buffer缓冲区内，或者从buffer缓冲区写入到通道中；（ NIO中的所有I/O操作都是通过一个通道开始的。）
Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方；
Java NIO是面向缓存的I/O方法。将数据读入缓冲器，使用通道进一步处理数据。在NIO中，使用通道和缓冲区来处理I/O操作。

2 Non-blocking IO（非阻塞IO）

IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的。

Java NIO使我们可以进行非阻塞IO操作。比如说，单线程中从通道读取数据到buffer，同时可以继续做别的事情，当数据读取到buffer中后，线程再继续处理数据。写数据也是一样的。另外，非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。
Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了

3 Selectors（选择器）

NIO有选择器，而IO没有。

选择器用于使用单个线程处理多个通道。因此，它需要较少的线程来处理这些通道。
线程之间的切换对于操作系统来说是昂贵的。因此，为了提高系统效率选择器是有用的。

读数据和写数据方式

通常来说NIO中的所有IO都是从 Channel（通道） 开始的。

从通道进行数据读取 ：创建一个缓冲区，然后请求通道读取数据。

从通道进行数据写入 ：创建一个缓冲区，填充数据，并要求通道写入数据。

数据读取和写入操作图示：

NIO核心组件简单介绍

NIO包含下面几个核心的组件

Channels
Buffers
Selectors

整个NIO体系包含的类远远不止这三个，只能说这三个是NIO体系的"核心API"

通道

在Java NIO中，主要使用的通道如下（涵盖了UDP和TCP网络IO，以及文件IO）

DatagramChannel
SocketChannel
FileChannel
ServerSocketChannel

缓冲区

在Java NIO中使用的核心缓冲区如下（覆盖了通过I/O发送的基本数据类型：byte、char、short、int、long、float、double、long）

ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
InBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
LongBuffer

选择器

Java NIO提供了"选择器"的概念。这是一个可以用于监听多个通道的对象，如数据达到，连接打开等。因此，单线程可以见识多个通道中的数据。

如果应用程序有多个通道（连接）打开，但每隔连接的流量都很低，则可考虑使用它。例如在聊天服务器中下面是一个单线程中Slector维护3个Channel的示意图：

要使用Selector的话，我们必须把Channel注册到Selector上，然后就可以调用Selector的select（）方法。这个方法会进入阻塞，直到有一个channel的状态符合条件。当方法返回后，线程可以处理这些事件。

NIO快速复制文件的实例：