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Java IO 是一個(gè)龐大的知識體系，很多人學(xué)著學(xué)著就會學(xué)懵了，包括我在內(nèi)也是如此，所以本文將會從 Java 的 BIO 開始，一步一步深入學(xué)習(xí)，引出 JDK1.4 之后出現(xiàn)的 NIO 技術(shù)，對比 NIO 與 BIO 的區(qū)別，然后對 NIO 中重要的三個(gè)組成部分進(jìn)行講解(緩沖區(qū)、通道、選擇器)，最后實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡易的客戶端與服務(wù)器通信功能。
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傳統(tǒng)的 BIO
Java IO流是一個(gè)龐大的生態(tài)環(huán)境，其內(nèi)部提供了很多不同的輸入流和輸出流，細(xì)分下去還有字節(jié)流和字符流，甚至還有緩沖流提高 IO 性能，轉(zhuǎn)換流將字節(jié)流轉(zhuǎn)換為字符流······看到這些就已經(jīng)對 IO 產(chǎn)生恐懼了，在日常開發(fā)中少不了對文件的 IO 操作，雖然 apache 已經(jīng)提供了 Commons IO 這種封裝好的組件，但面對特殊場景時(shí)，我們?nèi)孕枰约喝シ庋b一個(gè)高性能的文件 IO 工具類，本文將會解析 Java IO 中涉及到的各個(gè)類，以及講解如何正確、高效地使用它們。
BIO NIO 和 AIO 的區(qū)別
我們會以一個(gè)經(jīng)典的燒開水的例子通俗地講解它們之間的區(qū)別
| 類型 | 燒開水 |
|---|---|
| BIO | 一直監(jiān)測著某個(gè)水壺，該水壺?zé)_水后再監(jiān)測下一個(gè)水壺 |
| NIO | 每隔一段時(shí)間就看看所有水壺的狀態(tài)，哪個(gè)水壺?zé)_水就去處理哪個(gè)水壺 |
| AIO | 不用監(jiān)測水壺，每個(gè)水壺?zé)_水后都會主動通知線程說：“我的水燒開了，來處理我吧” |
BIO (同步阻塞 I/O)
這里假設(shè)一個(gè)燒開水的場景，有一排水壺在燒開水，BIO的工作模式就是， 小菠蘿一直看著著這個(gè)水壺，直到這個(gè)水壺?zé)_，才去處理下一個(gè)水壺。線程在等待水壺?zé)_的時(shí)間段什么都沒有做。
NIO(同步非阻塞 I/O)
還拿燒開水來說，NIO的做法是小菠蘿一邊玩著手機(jī)，每隔一段時(shí)間就看一看每個(gè)水壺的狀態(tài)，看看是否有水壺的狀態(tài)發(fā)生了改變，如果某個(gè)水壺?zé)_了，可以先處理那個(gè)水壺，然后繼續(xù)玩手機(jī)，繼續(xù)隔一段時(shí)間又看看每個(gè)水壺的狀態(tài)。
AIO (異步非阻塞 I/O)
小菠蘿覺得每隔一段時(shí)間就去看一看水壺太費(fèi)勁了，于是購買了一批燒開水時(shí)可以嗶嗶響的水壺，于是開始燒水后，小菠蘿就直接去客廳玩手機(jī)了，水燒開時(shí)，就發(fā)出“嗶嗶”的響聲，通知小菠蘿來關(guān)掉水壺。
什么是流
知識科普：我們知道任何一個(gè)文件都是以二進(jìn)制形式存在于設(shè)備中，計(jì)算機(jī)就只有 0 和1，你能看見的東西全部都是由這兩個(gè)數(shù)字組成，你看這篇文章時(shí)，這篇文章也是由01組成，只不過這些二進(jìn)制串經(jīng)過各種轉(zhuǎn)換演變成一個(gè)個(gè)文字、一張張圖片躍然屏幕上。
而流就是將這些二進(jìn)制串在各種設(shè)備之間進(jìn)行傳輸，如果你覺得有些抽象，我舉個(gè)例子就會好理解一些：
“下圖是一張圖片，它由01串組成，我們可以通過程序把一張圖片拷貝到一個(gè)文件夾中，
把圖片轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，把數(shù)據(jù)一點(diǎn)一點(diǎn)地傳遞到文件夾中 , 類似于水的流動 , 這樣整體的數(shù)據(jù)就是一個(gè)數(shù)據(jù)流”
IO 流讀寫數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：
- 順序讀寫。讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，大部分情況下都是按照順序讀寫，讀取時(shí)從文件開頭的第一個(gè)字節(jié)到最后一個(gè)字節(jié)，寫出時(shí)也是也如此(RandomAccessFile 可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)讀寫)
- 字節(jié)數(shù)組。讀寫數(shù)據(jù)時(shí)本質(zhì)上都是對字節(jié)數(shù)組做讀取和寫出操作，即使是字符流，也是在字節(jié)流基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)字符，所以字節(jié)數(shù)組是 IO 流讀寫數(shù)據(jù)的本質(zhì)。
流的分類
根據(jù)數(shù)據(jù)流向不同分類：輸入流 和 輸出流
- 輸入流：從磁盤或者其它設(shè)備中將數(shù)據(jù)輸入到進(jìn)程中
- 輸出流：將進(jìn)程中的數(shù)據(jù)輸出到磁盤或其它設(shè)備上保存
圖示中的硬盤只是其中一種設(shè)備，還有非常多的設(shè)備都可以應(yīng)用在IO流中，例如：打印機(jī)、硬盤、顯示器、手機(jī)······
根據(jù)處理數(shù)據(jù)的基本單位不同分類：字節(jié)流 和 字符流
- 字節(jié)流：以字節(jié)(8 bit)為單位做數(shù)據(jù)的傳輸
- 字符流：以字符為單位(1字符 = 2字節(jié))做數(shù)據(jù)的傳輸
“字符流的本質(zhì)也是通過字節(jié)流讀取，Java 中的字符采用 Unicode 標(biāo)準(zhǔn)，在讀取和輸出的過程中，通過以字符為單位，查找對應(yīng)的碼表將字節(jié)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的字符。”
面對字節(jié)流和字符流，很多讀者都有疑惑：什么時(shí)候需要用字節(jié)流，什么時(shí)候又要用字符流?
我這里做一個(gè)簡單的概括，你可以按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去使用：
字符流只針對字符數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，所以如果是文本數(shù)據(jù)，優(yōu)先采用字符流傳輸;除此之外，其它類型的數(shù)據(jù)(圖片、音頻等)，最好還是以字節(jié)流傳輸。
根據(jù)這兩種不同的分類，我們就可以做出下面這個(gè)表格，里面包含了 IO 中最核心的 4 個(gè)頂層抽象類：
| 數(shù)據(jù)流向 / 數(shù)據(jù)類型 | 字節(jié)流 | 字符流 |
|---|---|---|
| 輸入流 | InputStream | Reader |
| 輸出流 | OutputStream | Writer |
現(xiàn)在看 IO 是不是有一些思路了，不會覺得很混亂了，我們來看這四個(gè)類下的所有成員。
[來自于 cxuan 的 《Java基礎(chǔ)核心總結(jié)》]
看到這么多的類是不是又開始覺得混亂了，不要慌，字節(jié)流和字符流下的輸入流和輸出流大部分都是一一對應(yīng)的，有了上面的表格支撐，我們不需要再擔(dān)心看見某個(gè)類會懵逼的情況了。
看到 Stream 就知道是字節(jié)流，看到 Reader / Writer 就知道是字符流。
這里還要額外補(bǔ)充一點(diǎn)：Java IO 提供了字節(jié)流轉(zhuǎn)換為字符流的轉(zhuǎn)換類，稱為轉(zhuǎn)換流。
| 轉(zhuǎn)換流 / 數(shù)據(jù)類型 | 字節(jié)流與字符流之間的轉(zhuǎn)換 |
|---|---|
| （輸入）字節(jié)流 => 字符流 | InputStreamReader |
| （輸出）字符流 => 字節(jié)流 | OutputStreamWriter |
注意字節(jié)流與字符流之間的轉(zhuǎn)換是有嚴(yán)格定義的：
- 輸入流：可以將字節(jié)流 => 字符流
- 輸出流：可以將字符流 => 字節(jié)流
為什么在輸入流不能字符流 => 字節(jié)流，輸出流不能字節(jié)流 => 字符流?
“在存儲設(shè)備上，所有數(shù)據(jù)都是以字節(jié)為單位存儲的，所以輸入到內(nèi)存時(shí)必定是以字節(jié)為單位輸入，輸出到存儲設(shè)備時(shí)必須是以字節(jié)為單位輸出，字節(jié)流才是計(jì)算機(jī)最根本的存儲方式，而字符流是在字節(jié)流的基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出字符，但每個(gè)字符依舊是以字節(jié)為單位存儲的。”
節(jié)點(diǎn)流和處理流
在這里需要額外插入一個(gè)小節(jié)講解節(jié)點(diǎn)流和處理流。
- 節(jié)點(diǎn)流：節(jié)點(diǎn)流是真正傳輸數(shù)據(jù)的流對象，用于向特定的一個(gè)地方(節(jié)點(diǎn))讀寫數(shù)據(jù)，稱為節(jié)點(diǎn)流。例如 FileInputStream
- 處理流：處理流是對節(jié)點(diǎn)流的封裝，使用外層的處理流讀寫數(shù)據(jù)，本質(zhì)上是利用節(jié)點(diǎn)流的功能，外層的處理流可以提供額外的功能。處理流的基類都是以 Filter 開頭。
上圖將 ByteArrayInputStream封裝成 DataInputStream，可以將輸入的字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為對應(yīng)數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)。例如希望讀入int類型數(shù)據(jù)，就會以2個(gè)字節(jié)為單位轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字。
Java IO 的核心類 File
Java 提供了 File類，它指向計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的文件和目錄，通過該類只能訪問文件和目錄，無法訪問內(nèi)容。它內(nèi)部主要提供了 3 種操作：
- 訪問文件的屬性：絕對路徑、相對路徑、文件名······
- 文件檢測：是否文件、是否目錄、文件是否存在、文件的讀/寫/執(zhí)行權(quán)限······
- 操作文件：創(chuàng)建目錄、創(chuàng)建文件、刪除文件······
上面舉例的操作都是在開發(fā)中非常常用的，F(xiàn)ile 類遠(yuǎn)不止這些操作，更多的操作可以直接去 API 文檔中根據(jù)需求查找。
訪問文件的屬性：
| API | 功能 |
|---|---|
| String getAbsolutePath() | 返回該文件處于系統(tǒng)中的絕對路徑名 |
| String getPath() | 返回該文件的相對路徑，通常與 new File() 傳入的路徑相同 |
| String getName() | 返回該文件的文件名 |
文件檢測：
| API | 功能 |
|---|---|
| boolean isFIle() | 校驗(yàn)該路徑指向是否一個(gè)文件 |
| boolean isDirectory() | 校驗(yàn)該路徑指向是否一個(gè)目錄 |
| boolean isExist() | 校驗(yàn)該路徑指向的文件/目錄是否存在 |
| boolean canWrite() | 校驗(yàn)該文件是否可寫 |
| boolean canRead() | 校驗(yàn)該文件是否可讀 |
| boolean canExecute() | 校驗(yàn)該文件/目錄是否可以被執(zhí)行 |
操作文件：
| API | 功能 |
|---|---|
| mkdirs() | 遞歸創(chuàng)建多個(gè)文件夾，路徑中間有可能某些文件夾不存在 |
| createNewFile() | 創(chuàng)建新文件，它是一個(gè)原子操作，有兩步：檢查文件是否存在、創(chuàng)建新文件 |
| delete() | 刪除文件或目錄，刪除目錄時(shí)必須保證該目錄為空 |
多了解一些
文件的讀/寫/執(zhí)行權(quán)限，在 Windows 中通常表現(xiàn)不出來，而在 Linux 中可以很好地體現(xiàn)這一點(diǎn)，原因是 Linux 有嚴(yán)格的用戶權(quán)限分組，不同分組下的用戶對文件有不同的操作權(quán)限，所以這些方法在 Linux 下會比在 Windows 下更好理解。下圖是 redis 文件夾中的一些文件的詳細(xì)信息，被紅框標(biāo)注的是不同用戶的執(zhí)行權(quán)限：
- r(Read)：代表該文件可以被當(dāng)前用戶讀，操作權(quán)限的序號是 4
- w(Write)：代表該文件可以被當(dāng)前用戶寫，操作權(quán)限的序號是 2
- x(Execute)：該文件可以被當(dāng)前用戶執(zhí)行，操作權(quán)限的序號是 1
root root 分別代表：當(dāng)前文件的所有者，當(dāng)前文件所屬的用戶分組。Linux 下文件的操作權(quán)限分為三種用戶：
- 文件所有者：擁有的權(quán)限是紅框中的前三個(gè)字母，-代表沒有某個(gè)權(quán)限
- 文件所在組的所有用戶：擁有的權(quán)限是紅框中的中間三個(gè)字母
- 其它組的所有用戶：擁有的權(quán)限是紅框中的最后三個(gè)字母
Java IO 流對象
回顧流的分類有2種：
- 根據(jù)數(shù)據(jù)流向分為輸入流和輸出流
- 根據(jù)數(shù)據(jù)類型分為字節(jié)流和字符流
所以，本小節(jié)將以字節(jié)流和字符流作為主要分割點(diǎn)，在其內(nèi)部再細(xì)分為輸入流和輸出流進(jìn)行講解。
字節(jié)流對象
字節(jié)流對象大部分輸入流和輸出流都是成雙成對地出現(xiàn)，所以學(xué)習(xí)的時(shí)候可以將輸入流和輸出流一一對應(yīng)的流對象關(guān)聯(lián)起來，輸入流和輸出流只是數(shù)據(jù)流向不同，而處理數(shù)據(jù)的方式可以是相同的。
注意不要認(rèn)為用什么流讀入數(shù)據(jù)，就需要用對應(yīng)的流寫出數(shù)據(jù)，在 Java 中沒有這么規(guī)定，下圖只是各個(gè)對象之間的一個(gè)對應(yīng)關(guān)系，不是兩個(gè)類使用時(shí)必須強(qiáng)制關(guān)聯(lián)使用。
“下面有非常多的類，我會介紹基類的方法，了解這些方法是非常有必要的，子類的功能基于父類去擴(kuò)展，只有真正了解父類在做什么，學(xué)習(xí)子類的成本就會下降?！?/p>
InputStream
InputStream 是字節(jié)輸入流的抽象基類，提供了通用的讀方法，讓子類使用或重寫它們。下面是 InputStream 常用的重要的方法。
| 重要方法 | 功能 |
|---|---|
| public abstract int read() | 從輸入流中讀取下一個(gè)字節(jié)，讀到尾部時(shí)返回 -1 |
| public int read(byte b[]) | 從輸入流中讀取長度為 b.length 個(gè)字節(jié)放入字節(jié)數(shù)組 b 中 |
| public int read(byte b[], int off, int len) | 從輸入流中讀取指定范圍的字節(jié)數(shù)據(jù)放入字節(jié)數(shù)組 b 中 |
| public void close() | 關(guān)閉此輸入流并釋放與該輸入流相關(guān)的所有資源 |
還有其它一些不太常用的方法，我也列出來了。
| 其它方法 | 功能 |
|---|---|
| public long skip(long n) | 跳過接下來的 n 個(gè)字節(jié)，返回實(shí)際上跳過的字節(jié)數(shù) |
| public long available() | 返回下一次可讀?。ㄌ^）且不會被方法阻塞的字節(jié)數(shù)的估計(jì)值 |
| public synchronized void mark(int readlimit) | 標(biāo)記此輸入流的當(dāng)前位置，對 reset() 方法的后續(xù)調(diào)用將會重新定位在 mark() 標(biāo)記的位置，可以重新讀取相同的字節(jié) |
| public boolean markSupported() | 判斷該輸入流是否支持 mark() 和 reset() 方法，即能否重復(fù)讀取字節(jié) |
| public synchronized void reset() | 將流的位置重新定位在最后一次調(diào)用 mark() 方法時(shí)的位置 |
(1)ByteArrayInputStream
ByteArrayInputStream 內(nèi)部包含一個(gè) buf 字節(jié)數(shù)組緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)可以從流中讀取的字節(jié)數(shù)，使用 pos 指針指向讀取下一個(gè)字節(jié)的下標(biāo)位置，內(nèi)部還維護(hù)了一個(gè)count 屬性，代表能夠讀取 count 個(gè)字節(jié)。
bytearrayinputstream
“必須保證 pos 嚴(yán)格小于 count，而 count 嚴(yán)格小于 buf.length 時(shí)，才能夠從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)”
(2)FileInputStream
文件輸入流，從文件中讀入字節(jié)，通常對文件的拷貝、移動等操作，可以使用該輸入流把文件的字節(jié)讀入內(nèi)存中，然后再利用輸出流輸出到指定的位置上。
(3)PipedInputStream
管道輸入流，它與 PipedOutputStream 成對出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)多線程中的管道通信。PipedOutputStream 中指定與特定的 PipedInputStream 連接，PipedInputStream 也需要指定特定的 PipedOutputStream 連接，之后輸出流不斷地往輸入流的 buffer 緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)，而輸入流可以從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。
(4)ObjectInputStream
對象輸入流，用于對象的反序列化，將讀入的字節(jié)數(shù)據(jù)反序列化為一個(gè)對象，實(shí)現(xiàn)對象的持久化存儲。
(5)PushBackInputStream
它是 FilterInputStream 的子類，是一個(gè)處理流，它內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)緩沖數(shù)組buf。
- 在讀入字節(jié)的過程中可以將讀取到的字節(jié)數(shù)據(jù)回退給緩沖區(qū)中保存，下次可以再次從緩沖區(qū)中讀出該字節(jié)數(shù)據(jù)。所以PushBackInputStream 允許多次讀取輸入流的字節(jié)數(shù)據(jù)，只要將讀到的字節(jié)放回緩沖區(qū)即可。
需要注意的是如果回推字節(jié)時(shí)，如果緩沖區(qū)已滿，會拋出 IOException異常。
它的應(yīng)用場景：對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類規(guī)整。
假如一個(gè)文件中存儲了數(shù)字和字母兩種類型的數(shù)據(jù)，我們需要將它們交給兩種線程各自去收集自己負(fù)責(zé)的數(shù)據(jù)，如果采用傳統(tǒng)的做法，把所有的數(shù)據(jù)全部讀入內(nèi)存中，再將數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，面對大文件的情況下，例如1G、2G，傳統(tǒng)的輸入流在讀入數(shù)組后，由于沒有緩沖區(qū)，只能對數(shù)據(jù)進(jìn)行拋棄，這樣每個(gè)線程都要讀一遍文件。
使用 PushBackInputStream 可以讓一個(gè)專門的線程讀取文件，喚醒不同的線程讀取字符：
- 第一次讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，判斷該數(shù)據(jù)由哪些線程讀取
- 回退數(shù)據(jù)，喚醒對應(yīng)的線程讀取數(shù)據(jù)
- 重復(fù)前兩步
- 關(guān)閉輸入流
到這里，你是否會想到 AQS 的 Condition 等待隊(duì)列，多個(gè)線程可以在不同的條件上等待被喚醒。
(6)BufferedInputStream
緩沖流，它是一種處理流，對節(jié)點(diǎn)流進(jìn)行封裝并增強(qiáng)，其內(nèi)部擁有一個(gè) buffer 緩沖區(qū)，用于緩存所有讀入的字節(jié)，當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，才會將所有字節(jié)發(fā)送給客戶端讀取，而不是每次都只發(fā)送一部分?jǐn)?shù)據(jù)，提高了效率。
(7)DataInputStream
數(shù)據(jù)輸入流，它同樣是一種處理流，對節(jié)點(diǎn)流進(jìn)行封裝后，能夠在內(nèi)部對讀入的字節(jié)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的 Java 基本數(shù)據(jù)類型。
(8)SequenceInputStream
將兩個(gè)或多個(gè)輸入流看作是一個(gè)輸入流依次讀取，該類的存在與否并不影響整個(gè) IO 生態(tài)，在程序中也能夠做到這種效果
(9)StringBufferInputStream
將字符串中每個(gè)字符的低 8 位轉(zhuǎn)換為字節(jié)讀入到字節(jié)數(shù)組中，目前已過期
InputStream 總結(jié)：
- InputStream 是所有輸入字節(jié)流的抽象基類
- ByteArrayInputStream 和 FileInputStream 是兩種基本的節(jié)點(diǎn)流，他們分別從字節(jié)數(shù)組 和 本地文件中讀取數(shù)據(jù)
- DataInputStream、BufferedInputStream 和 PushBackInputStream 都是處理流，對基本的節(jié)點(diǎn)流進(jìn)行封裝并增強(qiáng)
- PipiedInputStream 用于多線程通信，可以與其它線程公用一個(gè)管道，讀取管道中的數(shù)據(jù)。
- ObjectInputStream 用于對象的反序列化，將對象的字節(jié)數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中，通過該流對象可以將字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的對象
OutputStream
OutputStream 是字節(jié)輸出流的抽象基類，提供了通用的寫方法，讓繼承的子類重寫和復(fù)用。
| 方法 | 功能 |
|---|---|
| public abstract void write(int b) | 將指定的字節(jié)寫出到輸出流，寫入的字節(jié)是參數(shù) b 的低 8 位 |
| public void write(byte b[]) | 將指定字節(jié)數(shù)組中的所有字節(jié)寫入到輸出流當(dāng)中 |
| public void write(byte b[], int off, int len) | 指定寫入的起始位置 offer，字節(jié)數(shù)為 len 的字節(jié)數(shù)組寫入到輸出流當(dāng)中 |
| public void flush() | 刷新此輸出流，并強(qiáng)制寫出所有緩沖的輸出字節(jié)到指定位置，每次寫完都要調(diào)用 |
| public void close() | 關(guān)閉此輸出流并釋放與此流關(guān)聯(lián)的所有系統(tǒng)資源 |
OutputStream 中大多數(shù)的類和 InputStream 是對應(yīng)的，只不過數(shù)據(jù)的流向不同而已。從上面的圖可以看出：
- OutputStream 是所有輸出字節(jié)流的抽象基類
- ByteArrayOutputStream 和 FileOutputStream 是兩種基本的節(jié)點(diǎn)流，它們分別向字節(jié)數(shù)組和本地文件寫出數(shù)據(jù)
- DataOutputStream、BufferedOutputStream 是處理流，前者可以將字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基本數(shù)據(jù)類型寫出到文件中;后者是緩沖字節(jié)數(shù)組，只有在緩沖區(qū)滿時(shí)，才會將所有的字節(jié)寫出到目的地，減少了 IO 次數(shù)。
- PipedOutputStream 用于多線程通信，可以和其它線程共用一個(gè)管道，向管道中寫入數(shù)據(jù)
- ObjectOutputStream 用于對象的序列化，將對象轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組后，將所有的字節(jié)都寫入到指定位置中
- PrintStream 在 OutputStream 基礎(chǔ)之上提供了增強(qiáng)的功能，即可以方便地輸出各種類型的數(shù)據(jù)(而不僅限于byte型)的格式化表示形式，且 PrintStream 的方法從不拋出 IOEception，其原理是寫出時(shí)將各個(gè)數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為 String 類型，我會在講解完
字符流對象
字符流對象也會有對應(yīng)關(guān)系，大多數(shù)的類可以認(rèn)為是操作的數(shù)據(jù)從字節(jié)數(shù)組變?yōu)樽址?，類的功能和字?jié)流對象是相似的。
“字符輸入流和字節(jié)輸入流的組成非常相似，字符輸入流是對字節(jié)輸入流的一層轉(zhuǎn)換，所有文件的存儲都是字節(jié)的存儲，在磁盤上保留的不是文件的字符，而是先把字符編碼成字節(jié)，再保存到文件中。在讀取文件時(shí)，讀入的也是一個(gè)一個(gè)字節(jié)組成的字節(jié)序列，而 Java 虛擬機(jī)通過將字節(jié)序列，按照2個(gè)字節(jié)為單位轉(zhuǎn)換為 Unicode 字符，實(shí)現(xiàn)字節(jié)到字符的映射。”
Reader
Reader 是字符輸入流的抽象基類，它內(nèi)部的重要方法如下所示。
| 重要方法 | 方法功能 |
|---|---|
| public int read(java.nio.CharBuffer target) | 將讀入的字符存入指定的字符緩沖區(qū)中 |
| public int read() | 讀取一個(gè)字符 |
| public int read(char cbuf[]) | 讀入字符放入整個(gè)字符數(shù)組中 |
| abstract public int read(char cbuf[], int off, int len) | 將字符讀入字符數(shù)組中的指定范圍中 |
還有其它一些額外的方法，與字節(jié)輸入流基類提供的方法是相同的，只是作用的對象不再是字節(jié)，而是字符。
- Reader 是所有字符輸入流的抽象基類
- CharArrayReader 和 StringReader 是兩種基本的節(jié)點(diǎn)流，它們分別從讀取 字符數(shù)組和 字符串 數(shù)據(jù)，StringReader 內(nèi)部是一個(gè) String 變量值，通過遍歷該變量的字符，實(shí)現(xiàn)讀取字符串，本質(zhì)上也是在讀取字符數(shù)組
- PipedReader 用于多線程中的通信，從共用地管道中讀取字符數(shù)據(jù)
- BufferedReader 是字符輸入緩沖流，將讀入的數(shù)據(jù)放入字符緩沖區(qū)中，實(shí)現(xiàn)高效地讀取字符
- InputStreamReader 是一種轉(zhuǎn)換流，可以實(shí)現(xiàn)從字節(jié)流轉(zhuǎn)換為字符流，將字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符
Writer
Reader 是字符輸出流的抽象基類，它內(nèi)部的重要方法如下所示。
| 重要方法 | 方法功能 |
|---|---|
| public void write(char cbuf[]) | 將 cbuf 字符數(shù)組寫出到輸出流 |
| abstract public void write(char cbuf[], int off, int len) | 將指定范圍的 cbuf 字符數(shù)組寫出到輸出流 |
| public void write(String str) | 將字符串 str 寫出到輸出流，str 內(nèi)部也是字符數(shù)組 |
| public void write(String str, int off, int len) | 將字符串 str 的某一部分寫出到輸出流 |
| abstract public void flush() | 刷新，如果數(shù)據(jù)保存在緩沖區(qū)，調(diào)用該方法才會真正寫出到指定位置 |
| abstract public void close() | 關(guān)閉流對象，每次 IO 執(zhí)行完畢后都需要關(guān)閉流對象，釋放系統(tǒng)資源 |
- Writer 是所有的輸出字符流的抽象基類
- CharArrayWriter、StringWriter 是兩種基本的節(jié)點(diǎn)流，它們分別向Char 數(shù)組、字符串中寫入數(shù)據(jù)。StringWriter 內(nèi)部保存了 StringBuffer 對象，可以實(shí)現(xiàn)字符串的動態(tài)增長
- PipedWriter 可以向共用的管道中寫入字符數(shù)據(jù)，給其它線程讀取。
- BufferedWriter 是緩沖輸出流，可以將寫出的數(shù)據(jù)緩存起來，緩沖區(qū)滿時(shí)再調(diào)用 flush() 寫出數(shù)據(jù)，減少 IO 次數(shù)。
- PrintWriter 和 PrintStream 類似，功能和使用也非常相似，只是寫出的數(shù)據(jù)是字符而不是字節(jié)。
- OutputStreamWriter 將字符流轉(zhuǎn)換為字節(jié)流，將字符寫出到指定位置
字節(jié)流與字符流的轉(zhuǎn)換
從任何地方把數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存都是先以字節(jié)流形式讀取，即使是使用字符流去讀取數(shù)據(jù)，依然成立，因?yàn)閿?shù)據(jù)永遠(yuǎn)是以字節(jié)的形式存在于互聯(lián)網(wǎng)和硬件設(shè)備中，字符流是通過字符集的映射，才能夠?qū)⒆止?jié)轉(zhuǎn)換為字符。
所以 Java 提供了兩種轉(zhuǎn)換流：
- InputStreamReader：從字節(jié)流轉(zhuǎn)換為字符流，將字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存
- OutputStreamWriter：從字符流轉(zhuǎn)換為字節(jié)流，將字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)寫出到指定位置
“
了解了 Java 傳統(tǒng)的 BIO 中字符流和字節(jié)流的主要成員之后，至少要掌握以下兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
(1)傳統(tǒng)的 BIO 是以流為基本單位處理數(shù)據(jù)的，想象成水流，一點(diǎn)點(diǎn)地傳輸字節(jié)數(shù)據(jù)，IO 流傳輸?shù)倪^程永遠(yuǎn)是以字節(jié)形式傳輸。
(2)字節(jié)流和字符流的區(qū)別在于操作的數(shù)據(jù)單位不相同，字符流是通過將字節(jié)數(shù)據(jù)通過字符集映射成對應(yīng)的字符，字符流本質(zhì)上也是字節(jié)流。
”
接下來我們再繼續(xù)學(xué)習(xí) NIO 知識，NIO 是當(dāng)下非?；馃岬囊环N IO 工作方式，它能夠解決傳統(tǒng) BIO 的痛點(diǎn)：阻塞。
- BIO 如果遇到 IO 阻塞時(shí)，線程將會被掛起，直到 IO 完成后才喚醒線程，線程切換帶來了額外的開銷。
- BIO 中每個(gè) IO 都需要有對應(yīng)的一個(gè)線程去專門處理該次 IO 請求，會讓服務(wù)器的壓力迅速提高。
我們希望做到的是當(dāng)線程等待 IO 完成時(shí)能夠去完成其它事情，當(dāng) IO 完成時(shí)線程可以回來繼續(xù)處理 IO 相關(guān)操作，不必干干的坐等 IO 完成。在 IO 處理的過程中，能夠有一個(gè)專門的線程負(fù)責(zé)監(jiān)聽這些 IO 操作，通知服務(wù)器該如何操作。所以，我們聊到 IO，不得不去接觸 NIO 這一塊硬骨頭。
新潮的 NIO
我們來看看 BIO 和 NIO 的區(qū)別，BIO 是面向流的 IO，它建立的通道都是單向的，所以輸入和輸出流的通道不相同，必須建立2個(gè)通道，通道內(nèi)的都是傳輸==0101001···==的字節(jié)數(shù)據(jù)。
而在 NIO 中，不再是面向流的 IO 了，而是面向緩沖區(qū)，它會建立一個(gè)通道(Channel)，該通道我們可以理解為鐵路，該鐵路上可以運(yùn)輸各種貨物，而通道上會有一個(gè)緩沖區(qū)(Buffer)用于存儲真正的數(shù)據(jù)，緩沖區(qū)我們可以理解為一輛火車。
通道(鐵路)只是作為運(yùn)輸數(shù)據(jù)的一個(gè)連接資源，而真正存儲數(shù)據(jù)的是緩沖區(qū)(火車)。即通道負(fù)責(zé)傳輸，緩沖區(qū)負(fù)責(zé)存儲。
理解了上面的圖之后，BIO 和 NIO 的主要區(qū)別就可以用下面這個(gè)表格簡單概括。
| BIO | NIO |
|---|---|
| 面向流（Stream） | 面向緩沖區(qū)（Buffer） |
| 單向通道 | 雙向通道 |
| 阻塞 IO | 非阻塞 IO |
| 選擇器（Selectors） |
緩沖區(qū)(Buffer)
緩沖區(qū)是存儲數(shù)據(jù)的區(qū)域，在 Java 中，緩沖區(qū)就是數(shù)組，為了可以操作不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，Java 提供了許多不同類型的緩沖區(qū)，除了布爾類型以外，其它基本數(shù)據(jù)類型都有對應(yīng)的緩沖區(qū)數(shù)組對象。
“為什么沒有布爾類型的緩沖區(qū)呢?
在 Java 中，boolean 類型數(shù)據(jù)只占用 1 bit，而在 IO 傳輸過程中，都是以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸?shù)模?boolean 的 1 bit 完全可以使用 byte 類型的某一位，或者 int 類型的某一位來表示，沒有必要為了這 1 bit 而專門提供多一個(gè)緩沖區(qū)?！?/p>
| 緩沖區(qū) | 解釋 |
|---|---|
| ByteBuffer | 存儲字節(jié)數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) |
| CharBuffer | 存儲字符數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) |
| ShortBuffer | 存儲短整型數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) |
| IntBuffer | 存儲整型數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) |
| LongBuffer | 存儲長整型數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) |
| FloatBuffer | 存儲單精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) |
| DoubleBuffer | 存儲雙精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) |
分配一個(gè)緩沖區(qū)的方式都高度一致：使用allocate(int capacity)方法。
例如需要分配一個(gè) 1024 大小的字節(jié)數(shù)組，代碼就是下面這樣子。
- ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
緩沖區(qū)讀寫數(shù)據(jù)的兩個(gè)核心方法：
- put()：將數(shù)據(jù)寫入到緩沖區(qū)中
- get()：從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)
緩沖區(qū)的重要屬性：
- capacity：緩沖區(qū)中最大存儲數(shù)據(jù)的容量，一旦聲明則無法改變
- limit：表示緩沖區(qū)中可以操作數(shù)據(jù)的大小，limit 之后的數(shù)據(jù)無法進(jìn)行讀寫。必須滿足 limit <= capacity
- position：當(dāng)前緩沖區(qū)中正在操作數(shù)據(jù)的下標(biāo)位置，必須滿足 position <= limit
- mark：標(biāo)記位置，調(diào)用 reset() 將 position 位置調(diào)整到 mark 屬性指向的下標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)多次讀取數(shù)據(jù)
緩沖區(qū)為高效讀寫數(shù)據(jù)而提供的其它輔助方法：
- flip()：可以實(shí)現(xiàn)讀寫模式的切換，我們可以看看里面的源碼
- public final Buffer flip() {
- limit = position;
- position = 0;
- mark = -1;
- return this;
- }
調(diào)用 flip() 會將可操作的大小 limit 設(shè)置為當(dāng)前寫的位置，操作數(shù)據(jù)的起始位置 position 設(shè)置為 0，即從頭開始讀取數(shù)據(jù)。
- rewind()：可以將 position 位置設(shè)置為 0，再次讀取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)
- clear()：清空整個(gè)緩沖區(qū)，它會將 position 設(shè)置為 0，limit 設(shè)置為 capacity，可以寫整個(gè)緩沖區(qū)
“更多的方法可以去查閱 API 文檔，本文礙于篇幅原因就不貼出其它方法了，主要是要理解緩沖區(qū)的作用”
我們來看一個(gè)簡單的例子
- public Class Main {
- public static void main(String[] args) {
- // 分配內(nèi)存大小為11的整型緩存區(qū)
- IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(11);
- // 往buffer里寫入2個(gè)整型數(shù)據(jù)
- for (int i = 0; i < 2; ++i) {
- int randomNum = new SecureRandom().nextInt();
- buffer.put(randomNum);
- }
- // 將Buffer從寫模式切換到讀模式
- buffer.flip();
- System.out.println("position >> " + buffer.position()
- + "limit >> " + buffer.limit()
- + "capacity >> " + buffer.capacity());
- // 讀取buffer里的數(shù)據(jù)
- while (buffer.hasRemaining()) {
- System.out.println(buffer.get());
- }
- System.out.println("position >> " + buffer.position()
- + "limit >> " + buffer.limit()
- + "capacity >> " + buffer.capacity());
- }
- }
執(zhí)行結(jié)果如下圖所示，首先我們往緩沖區(qū)中寫入 2 個(gè)數(shù)據(jù)，position 在寫模式下指向下標(biāo) 2，然后調(diào)用 flip() 方法切換為讀模式，limit 指向下標(biāo) 2，position 從 0 開始讀數(shù)據(jù)，讀到下標(biāo)為 2 時(shí)發(fā)現(xiàn)到達(dá) limit 位置，不可繼續(xù)讀。
整個(gè)過程可以用下圖來理解，調(diào)用 flip() 方法以后，讀出數(shù)據(jù)的同時(shí) position 指針不斷往后挪動，到達(dá) limit 指針的位置時(shí)，該次讀取操作結(jié)束。
“介紹完緩沖區(qū)后，我們知道它是存儲數(shù)據(jù)的空間，進(jìn)程可以將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀取出來，也可以寫入新的數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，那緩沖
本文名稱：為什么一個(gè)還沒畢業(yè)的大學(xué)生能夠把 IO 講的這么好？
網(wǎng)站鏈接：http://www.dlmjj.cn/article/djeophg.html
