## 介绍一下java中的IO 磁盘操作 File 字节操作 InputStream OutputStream 字符操作 Reader 和 Writer 对象操作 Serializable 网络操作 Socket 新的输入输出 NIO ## File 类可以用于表示文件和目录的信息 递归地列出一个目录下所有**文件** ```java public static void listAllFiles(File dir) { if (dir == null || !dir.exists()) { return; } if (dir.isFile()) { System.out.println(dir.getName()); return; } for (File file : dir.listFiles()) { listAllFiles(file); } } ``` ## 实现文件复制 ```java public static void copyFile(String src, String dist) throws IOException { FileInputStream in = new FileInputStream(src); FileOutputStream out = new FileOutputStream(dist); byte[] buffer = new byte[20 * 1024]; int cnt; // read() 最多读取 buffer.length 个字节 // 返回的是实际读取的个数 // 返回 -1 的时候表示读到 eof，即文件尾 while ((cnt = in.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1) { out.write(buffer, 0, cnt); } in.close(); out.close(); } ``` ## FilterInputStream FilterInputStream 属于抽象**装饰者**，装饰者用于装饰组件，为组件提供额外的功能。例如 `BufferedInputStream` 为 `FileInputStream` 提供缓存的功能。 实例化一个具有缓存功能的字节流对象时，只需要在 FileInputStream 对象上再套一层 BufferedInputStream 对象即可。 ```java FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(filePath); BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream); ``` ## 编码 GBK 编码中，中文字符占 2 个字节，英文字符占 1 个字节； UTF-8 编码中，中文字符占 3 个字节，英文字符占 1 个字节； UTF-16be 编码中，中文字符和英文字符都占 2 个字节。 unicode：任何字符都占 2 个字节 UTF-16be 中的 be 指的是 Big Endian，也就是大端。相应地也有 UTF-16le，le 指的是 Little Endian，也就是小端。 Java 使用这种双字节编码是为了让一个中文或者一个英文都能使用一个 char 来存储。 ## getBytes `byte[] bytes = str1.getBytes();` getBytes() 的默认编码方式与平台有关， 一般为 UTF-8。 ## 为何要有字符流 在程序中操作的通常是字符形式的数据 InputStreamReader 实现从**字节**流解码成**字符**流； OutputStreamWriter 实现字符流编码成为字节流。 ## 实现逐行输出文本文件的内容 ```java import java.io.*; /** * Main */ public class Main { public static void readFileContent(String filePath) throws Exception { FileReader fileReader = new FileReader(filePath); BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fileReader); String line; while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) { System.out.println(line); } // 装饰者模式使得 BufferedReader 组合了一个 Reader 对象 // 在调用 BufferedReader 的 close() 方法时会去调用 Reader 的 close() 方法 // 因此只要一个 close() 调用即可 bufferedReader.close(); } } ``` ## 序列化和反序列化 序列化就是将一个对象转换成字节序列 ```java 序列化：ObjectOutputStream.writeObject() 反序列化：ObjectInputStream.readObject() ``` ## Serializable 序列化的类需要实现 Serializable 接口 Serializable是一个**标记接口** ## 网路操作 Java 中的网络支持： InetAddress：用于表示网络上的硬件资源，即 IP 地址； URL：统一资源定位符； Sockets：使用 TCP 协议实现网络通信； Datagram：使用 UDP 协议实现网络通信。 ## URL 从url中读取数据 ```java public class Main { public static void main(String[] args) throws IOException { URL url = new URL("http://www.baidu.com"); /* 字节流 */ InputStream is = url.openStream(); /* 字符流 */ InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8"); /* 提供缓存功能 */ BufferedReader br = new BufferedReader(isr); String line; while ((line = br.readLine()) != null) { System.out.println(line); } br.close(); } } ``` ## Sockets ServerSocket：服务器端类 Socket：客户端类 服务器和客户端通过 InputStream 和 OutputStream 进行输入输出。 ![](./src/1e6affc4-18e5-4596-96ef-fb84c63bf88a.png) ## Datagram DatagramSocket：通信类 DatagramPacket：数据包类 ## NIO I/O 与 NIO 最重要的区别是数据打包和传输的方式， I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。 面向流的 I/O 一次处理一个字节数据 面向块的 I/O 一次处理一个数据块 ## 通道 通道 Channel 是对原 I/O 包中的流的模拟，可以通过它读取和写入数据 ## 缓冲区 发送给一个通道的所有数据都必须首先放到缓冲区中，同样地，从通道中读取的任何数据都要先读到缓冲区中。也就是说，不会直接对通道进行读写数据，而是要先经过缓冲区。 缓冲区状态变量 capacity：最大容量； position：当前已经读写的字节数； limit：还可以读写的字节数。 ## NIO 复制文件 ```java public class Main { public static void fastCopy(String src, String dist) throws IOException { try (/* 获得源文件的输入字节流 */ FileInputStream fin = new FileInputStream(src)) { /* 获取输入字节流的文件通道 */ FileChannel fcin = fin.getChannel(); /* 获取目标文件的输出字节流 */ FileOutputStream fout = new FileOutputStream(dist); /* 获取输出字节流的文件通道 */ FileChannel fcout = fout.getChannel(); /* 为缓冲区分配 1024 个字节 */ ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); while (true) { /* 从输入通道中读取数据到缓冲区中 */ int r = fcin.read(buffer); /* read() 返回 -1 表示 EOF */ if (r == -1) { break; } /* 切换读写 */ buffer.flip(); /* 把缓冲区的内容写入输出文件中 */ fcout.write(buffer); /* 清空缓冲区 */ buffer.clear(); } } } } ``` NIO 常常被叫做非阻塞 IO，主要是因为 NIO 在网络通信中的非阻塞特性被广泛使用。 ## 对比 NIO 与普通 I/O 的区别主要有以下两点： NIO 是非阻塞的； NIO 面向块，I/O 面向流 ## javaIO设计模式 ## 装饰者模式 ```java // 抽象组件 interface Component { void operation(); } // 具体组件 class ConcreteComponent implements Component { @Override public void operation() { System.out.println("执行具体操作"); } } // 装饰者 class Decorator implements Component { private Component component; public Decorator(Component component) { this.component = component; } @Override public void operation() { // 在调用具体组件方法前添加额外功能 System.out.println("在调用具体组件方法前添加额外功能"); component.operation(); // 在调用具体组件方法后添加额外功能 System.out.println("在调用具体组件方法后添加额外功能"); } } // 客户端代码 public class Client { public static void main(String[] args) { // 创建具体组件 Component component = new ConcreteComponent(); // 创建装饰者，并传入具体组件 Component decorator = new Decorator(component); // 调用装饰者的方法，实际上会执行具体组件的方法，并在前后添加额外功能 decorator.operation(); } } ``` // 装饰者模式使得 BufferedReader 组合了一个 Reader 对象 // 在调用 BufferedReader 的 close() 方法时会去调用 Reader 的 close() 方法 // 因此只要一个 close() 调用即可 ## java中3种常见的IO模型 BIO 同步阻塞 IO 模型 同步阻塞 IO 模型中，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。 ![](./src/6a9e704af49b4380bb686f0c96d33b81~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.png) 同步非阻塞 IO 模型。 ![](./src/bb174e22dbe04bb79fe3fc126aed0c61~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.png) 同步非阻塞 IO 模型中，应用程序会一直发起 read 调用，等待数据从内核空间拷贝到用户空间的这段时间里，线程依然是阻塞的，直到在内核把数据拷贝到用户空间。 应用程序不断进行 I/O 系统调用轮询数据是否已经准备好的过程是十分消耗 CPU 资源的。 I/O 多路复用模型 ![](./src/88ff862764024c3b8567367df11df6ab~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.png) NIO (Non-blocking/New I/O) 它是支持面向缓冲的，基于通道的 I/O 操作方法。 对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 。 NIO 可以看作是 I/O 多路复用模型 ![](./src/093f9e57-429c-413a-83ee-c689ba596cef.png) AIO 也就是 NIO 2 异步 IO 模型 异步 IO 是基于事件和回调机制实现的 ## NIO 核心知识点 NIO 并不一定意味着高性能，它的性能优势主要体现在高并发和高延迟的网络环境下。当连接数较少、并发程度较低或者网络传输速度较快时，NIO 的性能并不一定优于传统的 BIO 。 Channel 是全双工的 Channel 最核心的两个方法： read ：读取数据并写入到 Buffer 中。 write ：将 Buffer 中的数据写入到 Channel 中。 Selector它允许一个线程处理多个 Channel。 ### NIO 零拷贝 零拷贝是指计算机执行 IO 操作时，CPU 不需要将数据从一个存储区域复制到另一个存储区域，从而可以减少上下文切换以及 CPU 的拷贝时间。 零拷贝主要是减少了 CPU 拷贝及上下文的切换。