应届生面试要点总结（2）Java IO

深藏阁楼爱情的钟 2022-03-25 01:47 287阅读 0赞

对Java IO的认识

对于I/O操作来说, 其根本的作用在于传输数据。输入和输出指的仅是数据的流向，实际传输是通过某些具体的媒介来完成的，其中最主要的是文件系统和网络连接；早期的java.io包把I/O操作抽象成数据的流动，进而有了流的概念；

在Java NIO中，则把I/O操作抽象成端到端的一个数据连接，这就有了通道（channel）的概念；Java中最基本的流是在字节这个层次上进行操作的；在read方法的调用是阻塞的，这可能会成为应用中的瓶颈（可以通过available方法获取在不阻塞的情况下可以获取到的字节数）；流无法重新使用，BufferedInputStream通过mark和reset操作可以实现流中部分内容的重复读取；另外一种重用输入流的方式是把它转换成数据来使用；输出流是通过write方法把数据存放在缓冲区（缓冲区满了会自动执行写入），使用flush方法强制进行实际的写入操作；

其他常用流：FileInput(Output)Stream、ByteArrayInput(Output)Stream、字符流（new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream))）；

NIO：new io，主要用到的是块，所以nio效率比io高。java api中有两套nio：针对标准输入输出的nio；网络编程nio。io以流的方式处理数据；nio以块的方式处理数据。面向流的io一次处理一个字节，一个输入流产生一个字节，一个输出流消费一个字节。面向块的io，每个操作都在一步中产生或消费一个数据块。

io面向流、阻塞、无选择器；nio面向缓冲、非阻塞、有选择器。

Java NIO的通道：channel表示为一个已经建立好的到支持I/O操作的实体（如文件和网络）的连接，在此连接上进行数据的读写操作，使用的是缓冲区来实现读写；

channel是对原io中流的模拟，任何来源和目的数据都必须通过一个channel对象。一个buffer是一个容器对象，发给channel的所有对象必须先放到buffer中，同样的，从channel中读取任何数据都要读到buffer。

在nio中，数据是放入buffer对象的。在io中，数据是直接写入或读到stream对象。应用程序不能直接对channel进行读写操作，而必须通过buffer来进行。

使用buffer读写数据，一般经过以下4步：写入数据到buffer；调用flip（切换到读模式）方法；从buffer中读取数据；调用clear（清空缓冲区）方法和compact（清除已读的缓冲区）方法。

buffer是父类，他的子类有bytebuffer, shortbuffer, intbuffer, longbuffer, floatbuffer, doublebuffer, charbuffer。buffer是一个对象，它包含要写入或读取的数据；channel是一个对象，可以通过它读取或写入数据。可以把channel看作io流，但它和io流相比还有些不同：channel是双向的，既可读又可写，io流是单向的；channel可以进行异步读写；对channel的读写必须通过buffer对象。

buffer的三个属性：capacity：buffer有一个固定大小，也就是capacity，你只能往里面写capacity个byte, long, char等类型。position：当你写数据时，position表示当前位置，即下一个开始写的位置。初始时position为0，当写入一个数据时，position会向前移动到下一个可插入数据的buffer中，position最大为capacity-1；当读数据时，也就是从某个特定的位置开始读，应当将position从写模式切换到读模式，position被置为0。limit：在写模式下，limit表示最多能写多少数据，此时limit=capacity；在读模式中，limit表示最多能读多少数据。所以切换到读模式时，limit被设置为写模式下的position。

filechannel：从文件中读取数据的。datagramchannel：读写udp的网络协议数据。socketchannel：读写tcp网络协议数据。serversocketchannel：可以监听tcp连接。

从文件读取数据分三步：从fileinputstream中获取channel；创建buffer；从channel中读取数据到buffer。通过nio进行文件复制代码：

FileInputStream fileInputSream = new FileInputStream("...");
    
    FileChannel inChannel = fileInputStream.getChannel(); // 通过inputstream获取channel
    
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 创建buffer
    
    FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("...");
    
    FileChannel outChannel = fileOutputStream.getChannel();
    
    while (true) {
    
    int eof = inChannel.read(byteBuffer);
    
    if (eof == -1) { // 没读到
    
    break;
    
    } else {
    
    byteBuffer.filp(); // 改为写模式
    
    outChannel.write(byteBuffer);
    
    byteBuffer.clear();
    
    }
    
    }
    
    inChannel.close();
    
    outChannel.close();
    
    fileInputStream.close();
    
    fileOutputStream.close();

网络编程io（异步io）异步io是一种没有阻塞的读写数据的方法。selector是一个对象，可以注册到很多channel监听各个channel上发生的事情，并且能够根据事件情况决定channel读写，这样通过一个线程管理多个channel，就可以处理大量网络连接。

有了selector，可以用一个线程处理所有的channel。线程之间的切换对操作系统来说，代价是很高的，并且每个线程也会占用一定的系统资源，所以对系统来说，线程越少越好（但若cpu有多个内核，不使用多任务是在浪费cpu的能力）。

Selector selector = Selector.open();

channel.configureBlocking(false);

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP\_READ);

注册到server上的channel必须设置为异步模式，否则异步io无法工作，这就意味着我们不可以把一个filechannel注册到selector上。因为filechannel没有异步模式，但socketchannel有异步模式。

register的第二个参数，他是一个"interest set"，意思是注册的selector对channel中哪些事件感兴趣。事件类型有4种：read，write，connect，accept。通道触发一个事件指向该事件已经ready，所以某个channel成功连接到另一个服务器称为connect ready。一个serversocketchannel准备好接收新链接称为connect ready。一个数据可读的通道可以说是read ready。等待写数据的通道write ready。

write：SelectionKey.OP\_WRITE

read：SelectionKey.OP\_READ

accept：SelectionKey.OP\_ACCEPT

connect：SelectionKey.OP\_CONNECT

若对多个事件感兴趣，可以写为：int interest = SelectionKey.OP\_READ | SelectionKey.OP\_ACCEPT;

SelectionKey表示通道在seletor上的注册，通过SelectionKey可以得到selector和注册的channel.selector感兴趣的事。

一旦向selector注册了一个或多个通道，就可调用重载的select方法返回你所感兴趣的事件（连接、接收、读写）给已经准备就绪的通道。比如你对Read ready感兴趣，select方法读事件已经就绪的通道，select就返回int值，表示有多少通道已经就绪。

int select()：阻塞到至少一个通道在你注册的事件上就绪，int select(long timeout)：与select()一样，只是最长只会阻塞timeout ms；int selectNow()，不阻塞，不管什么通道就绪立即返回，若自从前一次选择操作后，没有通道变为可选的，则直接返回0。

Socket和ServerSocket类中提供的建立连接和数据传输相关的方法都是阻塞式的；对服务端通常使用线程池的方式来调用ServerSocket.accept方法来监听连接请求；Java NIO提供了非阻塞式和多路复用的套接字连接；

socketchannel：可以通过以下两种方式创建socketchannel：打开一个socketchannel，并连接到互联网上一台服务器；一个新链接到达serverSocketchannel时，会创建一个socketchannel。

SocketChannel socketchannel = SocketChannel.open();
    
    socketchannel.connect(new InetSocketAddress("www.baidu.com", 80));
    
    socketchannel.close();
    
    int eof = socketchannel.read(bytebuffer); // 读了多少字节进buffer，-1表示读到流末尾
    
    ServerSocketChannel serversocketchannel = ServerSocketchannel.open();
    
    serversocketchannel.socket().bind(new InetSocketAddress(900));

读有很多字节数额的文本文件，用bufferedreader。

BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("/home/zjz/Desktop/myfile.txt"));
    
    String contentLine = br.readLine();
    
    while (contentLine != null) {
    
    System.out.println(contentLine);
    
    contentLine = br.readLine();
    
    }
    
    BufferedReader br2 = new BufferedReader(new FileReader("/home/zjz/Desktop/myfile2.txt"));
    
    int num = 0;
    
    char ch;
    
    while ((num = br2.read()) != -1) {
    
    ch = (char) num;
    
    System.out.print(ch);
    
    }

字符串写入文件代码：

FileWriter fw = new FileWriter("demo.txt");
    
    fw.write("abjjd");
    
    fw.flush();
    
    fw.close();