IO

• IO 流在 Java 中分为输入流和输出流

• InputStream/Reader: 所有的输入流的基类，前者是字节输入流，后者是字符输入流。

• OutputStream/Writer: 所有输出流的基类，前者是字节输出流，后者是字符输出流。

字节流

1. InputStream: 用于从源头（通常是文件）读取数据（字节信息）到内存中
   1. read()
      1. FileInputStream ： 可直接指定文件路径
      2. BufferedInputStream： 字节缓冲输入流，new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"))
      3. DataInputStream： 读取指定类型数据，new DataInputStream(new FileInputStream("input.txt"))
      4. ObjectInputStream： 读取 Java 对象（反序列化）new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.file"))
2. OutputStream: 用于将数据（字节信息）写入到目的地（通常是文件）
   1. write(byte b[ ])
      1. FileOutputStream: 可直接指定文件路径
      2. BufferedOutputStream
      3. DataOutputStream:
         1. writeByte
         2. writeBoolean
      4. ObjectInputStream: 对象写入到输出流(ObjectOutputStream，序列化)

字符流

字节 vs 字符

1. 字节流
   1. 字节（Byte）是计算机信息存储的最小单位，所以字节流可以操作所有类型的文件，每次操作1个字节；
2. 字符流
   1. 字符流只能用操作纯文本数据，每次操作一个字符（两个字节）；
   2. 字符流涉及到了缓冲区，所以在使用字符流进行写数据时，需要调用flush()或close()方法进行刷新才能将数据写入文件中。
      1. 调用flush()刷新后可以继续写数据
      2. 调用close()相当于刷新后关闭流，不能继续写数据。
   3. 字符流涉及到编码、解码工作
   4. 字符流默认采用的是 Unicode 编码，我们可以通过构造方法自定义编码。

常用字符编码

1. utf8 :英文占 1 字节，中文占 3 字节
2. unicode：任何字符都占 2 个字节
3. gbk：英文占 1 字节，中文占 2 字节

字符流

1. Reader（字符输入流）
   1. 用于从源头（通常是文件）读取数据（字符信息）到内存中
   2. java.io.Reader抽象类是所有字符输入流的父类。
   3. InputStreamReader：
      1. 字节流转换为字符流的桥梁
      2. 子类 FileReader 是基于该基础上的封装，可以直接操作字符文件。
         1. FileReader extends InputStreamReader
         2. new FileReader("input.txt");
2. Writer（字符输出流）
   1. 用于将数据（字符信息）写入到目的地（通常是文件）
   2. java.io.Writer抽象类是所有字符输出流的父类。
   3. OutputStreamWriter：
      1. 字符流转换为字节流的桥梁
      2. 子类 FileWriter 是基于该基础上的封装，可以直接将字符写入到文件。
         1. FileWriter extends OutputStreamWriter
         2. new FileWriter("output.txt")

字节缓冲流

• IO 操作是很消耗性能的，缓冲流将数据加载至缓冲区，一次性读取/写入多个字节，从而避免频繁的 IO 操作，提高流的传输效率。
• 字节缓冲流这里采用了装饰器模式来增强 InputStream 和OutputStream子类对象的功能。
  • 例：可以通过 BufferedInputStream（字节缓冲输入流）来增强 FileInputStream 的功能。
  • 字节缓冲流会先将读取到的字节存放在缓存区
• 缓冲区实际就是一个字节数组
• 缓冲区的大小默认为 8192 字节

1. BufferedInputStream（字节缓冲输入流）
2. BufferedOutputStream（字节缓冲输出流）

字符缓冲流

• BufferedReader （字符缓冲输入流）
• BufferedWriter（字符缓冲输出流）
• 类似于 BufferedInputStream（字节缓冲输入流）和BufferedOutputStream（字节缓冲输入流）内部都维护了一个字节数组作为缓冲区。不过，前者主要是用来操作字符信息。

打印流

• System.out 实际是用于获取一个 PrintStream 对象
• print方法实际调用的是 PrintStream 对象的 write 方法
• PrintStream 是 OutputStream 的子类，PrintWriter 是 Writer 的子类。

随机访问流

• 指的是支持随意跳转到文件的任意位置进行读写的 RandomAccessFile
• RandomAccessFile(File file, String mode)
• this(file, mode, false) , 默认值 openAndDelete 为 false
• RandomAccessFile(File file, String mode, boolean openAndDelete)

IO 设计模式

装饰器模式

• 可以在不改变原有对象的情况下拓展其功能。
• 通过组合替代继承来扩展原始类的功能，在一些继承关系比较复杂的场景（IO 这一场景各种类的继承关系就比较复杂）更加实用。
• 对原始类嵌套使用多个装饰器
• 例：通过 BufferedInputStream（字节缓冲输入流）来增强 FileInputStream 的功能。
  • BufferedInputStream(InputStream in)
  • new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"))

适配器模式？

工厂模式？

IO 模型

• IO 模型一共有 5 种：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 和异步 I/O。

Java IO 模型

1. BIO (Blocking I/O)
   1. 同步阻塞 IO 模型
   2. 应用程序发起 read 调用后，会一直阻塞，直到内核把数据拷贝到用户空间。
2. NIO (Non-blocking/New I/O)
   1. Java 1.4 中引入
   2. Java 中的 NIO 属于同步非阻塞 IO 模型
      1. 通过轮询操作，避免了一直阻塞。
   3. Java 中的 NIO 可以看作是 I/O 多路复用模型。
      1. 先发起 select 调用,内核数据是否准备就绪
      2. read 调用的过程（数据从内核空间 -> 用户空间）还是阻塞的。
   4. N 可以理解为 Non-blocking，不单纯是 New。它是支持面向缓冲的，基于通道的 I/O 操作方法。
   5. 高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 。可以使用少量的线程来处理多个连接。
   6. 非阻塞、面向缓冲、基于通道的 I/O
3. AIO (Asynchronous I/O)
   1. NIO 2。Java 7 中引入了 NIO 的改进版 NIO 2,它是异步 IO 模型。
   2. 基于事件和回调机制实现
   3. 应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

参考

• JavaGuide(Java面试 + 学习指南)
• 字节流和字符流的区别及应用场景