IO

news2024/11/15 11:05:30

一、IO流基本认识

1.1 字节流

1.2 字符流

1.3 高级流

二、IO流基本理解

2.1 IO流的分类

2.1.1 按照流的流向

2.1.2 按照处理数据单位

2.1.3 按照流的角色

2.2 IO流的选择

2.3 IO流的4个抽象基类

2.4 字节流和字符流的区别

2.4.1 使用场景

三、IO模型

3.1 BIO（Blocking IO）

3.2 NIO（Non-blocking IO）

3.3 AIO（Asynchronous IO）

3.4 IO多路复用

3.5 BIO/NIO/AIO区别

3.6 NIO的实现原理

四、序列化和反序列化

一、IO流基本认识

Java中的IO流是用于处理输入和输出的机制。分为输入流和输出流。

Java的IO流主要分为两大类：字节流和字符流。

1.1 字节流

InputStream和OutputStream：是所有字节输入流和输出流的抽象类，它们分别用于读取和写入字节
FileInputStream和FileOutputStream：用于从文件中读取字节和向文件中写入字节
ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream：分别用于从字节数组中读取数据和将数据写入字节数组

InputStream in = new FileInputStream("input.txt");
OutputStream out = new FileOutputStream("output.txt");
FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt");
ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(byteArray);
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();

1.2 字符流

Reader和Writer：是所有字符输入流和输出流的抽象基类，它们分别用于读取和写入字符
FileReader和FileWriter：用于从文件中读取字符和向文件中写入字符
BufferedReader和BufferedWriter：用于提供缓冲区，提高读取和写入的效率

Reader reader = new FileReader("input.txt");
Writer writer = new FileWriter("output.txt");
FileReader fr = new FileReader("file.txt");
FileWriter fw = new FileWriter("output.txt");
BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"));
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"));

1.3 高级流

ObjectInputStream和ObjectOutputStream：用于读取和写入对象。可以序列化和反序列化对象
DataInputStream和DataOutputStream：用于读取和写入基本数据类型

ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.dat"));
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.dat"));

二、IO流基本理解

2.1 IO流的分类

2.1.1 按照流的流向

分为输入流和输出流，这里的输入输出是针对程序来说的

输出：把程序（内存）中的内容输出到磁盘、光盘等存储设备中
输入：读取外部数据（磁盘、光盘等存储设备的数据）到程序（内存）中

2.1.2 按照处理数据单位

分为字节流和字符流。

字节流：每次读取/写出一个字节，当传输的资料文件中有中文时，就会出现乱码
字符流：每次读取/写出两个字节，有中文时，使用该流就可以正确传输显示中文。1字符=2字节

2.1.3 按照流的角色

分为节点流和处理流

节点流：从或者向一个特定的地方（节点）读写数据。如FileInputSream
处理流（包装流）：是对一个已存在的流的连接和封装，通过所封装的流的功能调用实现数据读写。如BufferedReader

注意：一个IO流可以既是输入流又是字节流又或是以其他方式分类的流类型，是不冲突的

2.2 IO流的选择

根据三步选择适合自己的流：

1、选择输入流还是输出流：看是想向程序写数据，还是从程序取数据

2、考虑传输数据是每次传一个字节还是两个字节：是否存在中文

3、通过前两步可以选出一个合适的节点流了，如果想在此基础上增强功能，那么在处理流中选择一个合适的即可

2.3 IO流的4个抽象基类

输入字节流：InputStream
输出字节流：OutputStream
输入字符流：Writer
输出字符流：Reader

2.4 字节流和字符流的区别

计算机中的一切最终都是二进制的字节形式存在，底层设备永远只接受字节数据。有时候要写字符串到底层设备，需要将字符串转成字节再进行写入。

字节流在操作时本身不会用到缓冲区（内存），是文件本身直接操作的；

而字符流在操作时使用了缓冲区，通过缓冲区再操作文件

2.4.1 使用场景

字节流：一般用来处理图像、视频、PPT、Word类型的文件
字符流：一般用于处理纯文本类型的文件，如TXT文件

字节流可以用来处理纯文本文件，但字符流不能用于处理图像视频等非文本类型的文件

三、IO模型

3.1 BIO（Blocking IO）

BIO属于同步阻塞IO模型，读取或写入数据的时候，线程将一直等待，知道数据准备就绪或写入操作完成。但在高并发环境下可能导致性能问题，因为线程在等待IO操作完成时被阻塞，无法执行其他任务。

3.2 NIO（Non-blocking IO）

NIO属于非阻塞IO模型，线程执行一个IO操作时不会等待，而是继续执行其他任务，这需要通过轮询或者使用回调函数等机制来检查IO操作是否完成。

3.3 AIO（Asynchronous IO）

AIO属于异步IO模型，允许程序在执行IO操作时继续执行其他任务，而不需要等待。

3.4 IO多路复用

IO多路复用模型使用了操作系统提供的选择器（Selector）机制。通过选择器，一个线程可以监听多个通道上的IO事件，从而在单线程中处理多个连接。

3.5 BIO/NIO/AIO区别

1、BIO

工作原理：阻塞IO模型中，当一个线程执行IO操作时，它会被阻塞，知道IO操作完成，这会导致线程无法执行其他任务
适用场景：适用于连接数较少、并发不高的场景

2、NIO

工作原理：非阻塞IO模型中，一个线程可以处理多个连接，而不需要等待每个连接的IO操作完成。但线程需要通过轮询（polling）或者选择器（Selector）来检查哪些连接已经准备好进行IO操作
适用场景：适用于高并发、连接数较多的场景。Java NIO提供了Selector、Channel等组件，可以更好地支持多连接的管理

3、AIO

工作原理：异步IO模型中，程序发起IO操作后，可以继续执行其他任务。当IO操作完成时，系统会通知程序，并调用相应的回调函数
适用场景：适用于需要处理大量并发连接的场景，并希望充分利用系统资源。Java NIO.2 提供了AIO支持，通过AsynchronousChannel和CompletionHandler实现异步IO操作

总结：

BIO：适用于连接数较少、并发不高的情况，简单易用。

NIO：适用于高并发、连接数较多的网络应用，通过选择器实现非阻塞 I/O。

AIO：适用于需要处理大量并发连接、希望充分利用系统资源的情况，通过异步操作实现。