## Java IO * [1.Java 中有几种类型的流？](#1java-中有几种类型的流) * [2.什么是 java序列化？](#2什么是-java序列化) * [3.如何实现 java 序列化？](#3如何实现-java-序列化) * [4.字节流和字符流的区别？](#4字节流和字符流的区别) * [5.PrintStream、BufferedWriter、PrintWriter的比较?](#5printstreambufferedwriterprintwriter的比较) * [6.什么是节点流,什么是处理流,它们各有什么用处,处理流的创建有什么特征？](#6什么是节点流什么是处理流它们各有什么用处处理流的创建有什么特征) * [7.流一般需要不需要关闭,如果关闭的话在用什么方法,一般要在那个代码块里面关闭比较好，处理流是怎么关闭的，如果有多个流互相调用传入是怎么关闭的？](#7流一般需要不需要关闭如果关闭的话在用什么方法一般要在那个代码块里面关闭比较好处理流是怎么关闭的如果有多个流互相调用传入是怎么关闭的) * [8.什么是BIO](#8什么是bio) * [9.什么是NIO](#9什么是nio) * [10.什么是AIO](#10什么是aio) * [11.同步与异步](#11同步与异步) * [12.阻塞与非阻塞](#12阻塞与非阻塞) * [13.同步、异步、阻塞、非堵塞](#13同步异步阻塞非堵塞) * [14.通道是个什么意思？](#14通道是个什么意思) * [15.缓冲区是什么意思？](#15缓冲区是什么意思) * [16.IO多路复用的底层原理](#16io多路复用的底层原理) * [参考链接](#参考链接) #### 1.Java 中有几种类型的流？ （1）按照流的方向：输入流（inputStream）和输出流（outputStream）；（2）按照实现功能分：节点流（可以从或向一个特定的地方（节点）读写数据。如 FileReader）和处理流（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。处理流的构造方法总是要带一个其他的流对象做参数。一个流对象经过其他流的多次包装，称为流的链接）；（3）按照处理数据的单位： 字节流和字符流。字节流继承于 InputStream 和 OutputStrea，字符流继承于InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 。 #### 2.什么是 java序列化？ 序列化就是一种用来处理对象流的机制，所谓对象流也就是将对象的内容进行流化。可以对流化后的对象进行读写操作，也可将流化后的对象传输于网络之间。序列化是为了解决在对对象流进行读写操作时所引发的问题 #### 3.如何实现 java 序列化？ 序列化的实现，将需要被序列化的类实现Serializable 接口，该接口没有需要实现的方法，implements Serializable 只是为了标注该对象是可被序列化的，然后使用一个输出流(如：File Output Stream)来构造一个 Object Output Stream(对象流)对象，接着，使用 Object Output Stream 对象的 write Object(Object obj)方法就可以将参数为 obj 的对象写出(即保存其状态)，要恢复的话则用输入流。 #### 4.字节流和字符流的区别？ 字节流读取的时候，读到一个字节就返回一个字节；字符流使用了字节流读到一个或多个字节（中文对应的字节数是两个，在 UTF-8 码表中是 3 个字节）时。先去查指定的编码表，将查到的字符返回。字节流可以处理所有类型数据，如：图片，MP3，AVI视频文件，而字符流只能处理字符数据。只要是处理纯文本数据，就要优先考虑使用字符流，除此之外都用字节流。字节流主要是操作 byte 类型数据，以 byte 数组为准，主要操作类就是 OutputStream、InputStream字符流处理的单元为 2 个字节的 Unicode 字符，分别操作字符、字符数组或字符串，而字节流处理单元为 1 个字节，操作字节和字节数组。所以字符流是由 Java 虚拟机将字节转化为 2 个字节的 Unicode 字符为单位的字符而成的，所以它对多国语言支持性比较好！如果是音频文件、图片、歌曲，就用字节流好点，如果是关系到中文（文本）的，用字符流好点。在程序中一个字符等于两个字节，java 提供了 Reader、Writer 两个专门操作字符流的类。 #### 5.PrintStream、BufferedWriter、PrintWriter的比较? 1. PrintStream类的输出功能非常强大，通常如果需要输出文本内容，都应该将输出流包装成PrintStream后进行输出。它还提供其他两项功能。与其他输出流不同，PrintStream 永远不会抛出 IOException；而是，异常情况仅设置可通过 checkError 方法测试的内部标志。另外，为了自动刷新，可以创建一个 PrintStream 2. BufferedWriter:将文本写入字符输出流，缓冲各个字符从而提供单个字符，数组和字符串的高效写入。通过write()方法可以将获取到的字符输出，然后通过newLine()进行换行操作。BufferedWriter中的字符流必须通过调用flush方法才能将其刷出去。并且BufferedWriter只能对字符流进行操作。如果要对字节流操作，则使用BufferedInputStream 3. PrintWriter的println方法自动添加换行，不会抛异常，若关心异常，需要调用checkError方法看是否有异常发生，PrintWriter构造方法可指定参数，实现自动刷新缓存（autoflush） #### 6.什么是节点流,什么是处理流,它们各有什么用处,处理流的创建有什么特征？ 1. 节点流 直接与数据源相连，用于输入或者输出 2. 处理流：在节点流的基础上对之进行加工，进行一些功能的扩展 3. 处理流的构造器必须要 传入节点流的子类 #### 7.流一般需要不需要关闭,如果关闭的话在用什么方法,一般要在那个代码块里面关闭比较好，处理流是怎么关闭的，如果有多个流互相调用传入是怎么关闭的？ 1. 流一旦打开就必须关闭，使用close方法 2. 放入finally语句块中（finally 语句一定会执行） 3. 调用的处理流就关闭处理流 4. 多个流互相调用只关闭最外层的流 #### 8.什么是BIO BIO 就是传统的 [java.io](http://java.io/) 包，它是基于流模型实现的，交互的方式是同步、阻塞方式，也就是说在读入输入流或者输出流时，在读写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调用时可靠的线性顺序。它的有点就是代码比较简单、直观；缺点就是 IO 的效率和扩展性很低，容易成为应用性能瓶颈。 #### 9.什么是NIO 是 Java 1.4 引入的 java.nio 包，提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象，可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。 #### 10.什么是AIO AIO 是 Java 1.7 之后引入的包，是 NIO 的升级版本，提供了异步非堵塞的 IO 操作方式，所以人们叫它 AIO（Asynchronous IO），异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是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 #### 11.同步与异步 同步就是一个任务的完成需要依赖另外一个任务时，只有等待被依赖的任务完成后，依赖的任务才能算完成，这是一种可靠的任务序列。要么成功都成功，失败都失败，两个任务的状态可以保持一致。而异步是不需要等待被依赖的任务完成，只是通知被依赖的任务要完成什么工作，依赖的任务也立即执行，只要自己完成了整个任务就算完成了。至于被依赖的任务最终是否真正完成，依赖它的任务无法确定，所以它是不可靠的任务序列。我们可以用打电话和发短信来很好的比喻同步与异步操作。 #### 12.阻塞与非阻塞 阻塞与非阻塞主要是从 CPU 的消耗上来说的，阻塞就是 CPU 停下来等待一个慢的操作完成 CPU 才接着完成其它的事。非阻塞就是在这个慢的操作在执行时 CPU 去干其它别的事，等这个慢的操作完成时，CPU 再接着完成后续的操作。虽然表面上看非阻塞的方式可以明显的提高 CPU 的利用率，但是也带了另外一种后果就是系统的线程切换增加。增加的 CPU 使用时间能不能补偿系统的切换成本需要好好评估。 #### 13.同步、异步、阻塞、非堵塞 同/异、阻/非堵塞的组合，有四种类型，如下表： | 组合方式 | 性能分析 | | ---------- | ------------------------------------------------------------ | | 同步阻塞 | 最常用的一种用法，使用也是最简单的，但是 I/O 性能一般很差，CPU 大部分在空闲状态。 | | 同步非阻塞 | 提升 I/O 性能的常用手段，就是将 I/O 的阻塞改成非阻塞方式，尤其在网络 I/O 是长连接，同时传输数据也不是很多的情况下，提升性能非常有效。 这种方式通常能提升 I/O 性能，但是会增加CPU 消耗，要考虑增加的 I/O 性能能不能补偿 CPU 的消耗，也就是系统的瓶颈是在 I/O 还是在 CPU 上。 | | 异步阻塞 | 这种方式在分布式数据库中经常用到，例如在网一个分布式数据库中写一条记录，通常会有一份是同步阻塞的记录，而还有两至三份是备份记录会写到其它机器上，这些备份记录通常都是采用异步阻塞的方式写 I/O。异步阻塞对网络 I/O 能够提升效率，尤其像上面这种同时写多份相同数据的情况。 | | 异步非阻塞 | 这种组合方式用起来比较复杂，只有在一些非常复杂的分布式情况下使用，像集群之间的消息同步机制一般用这种 I/O 组合方式。如 Cassandra 的 Gossip 通信机制就是采用异步非阻塞的方式。它适合同时要传多份相同的数据到集群中不同的机器，同时数据的传输量虽然不大，但是却非常频繁。这种网络 I/O 用这个方式性能能达到最高。 | #### 14.通道是个什么意思？ - 通道是对原 I/O 包中的流的模拟。到任何目的地(或来自任何地方)的所有数据都必须通过一个 Channel 对象（通道）。一个 Buffer 实质上是一个容器对象。发送给一个通道的所有对象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读到缓冲区中。Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较，通道就像是流。 - 正如前面提到的，所有数据都通过 Buffer 对象来处理。您永远不会将字节直接写入通道中，相反，您是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样，您不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。 #### 15.缓冲区是什么意思？ - Buffer 是一个对象， 它包含一些要写入或者刚读出的数据。在 NIO 中加入 Buffer 对象，体现了新库与原 I/O 的一个重要区别。在面向流的 I/O 中，您将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中 - 在 NIO 库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的。在写入数据时，它是写入到缓冲区中的。任何时候访问 NIO 中的数据，您都是将它放到缓冲区中。 - 缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组，但是也可以使用其他种类的数组。但是一个缓冲区不 仅仅 是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程 ByteBuffer CharBuffer ShortBuffer IntBuffer LongBuffer FloatBuffer DoubleBuffer #### 16.IO多路复用的底层原理 IO多路复用使用两个系统调用(select/poll/epoll和recvfrom)，blocking IO只调用了recvfrom；select/poll/epoll 核心是可以同时处理多个connection，而不是更快，所以连接数不高的话，性能不一定比多线程+阻塞IO好,多路复用模型中，每一个socket，设置为non-blocking,阻塞是被select这个函数block，而不是被socket阻塞的。 1）select机制 客户端操作服务器时就会产生这三种文件描述符(简称fd)：writefds(写)、readfds(读)、和exceptfds(异常)。select会阻塞住监视3类文件描述符，等有数据、可读、可写、出异常 或超时、就会返回；返回后通过遍历fdset整个数组来找到就绪的描述符fd，然后进行对应的IO操作。 优点： 　　几乎在所有的平台上支持，跨平台支持性好 缺点： 　　由于是采用轮询方式全盘扫描，会随着文件描述符FD数量增多而性能下降。 　　每次调用 select()，需要把 fd 集合从用户态拷贝到内核态，并进行遍历(消息传递都是从内核到用户空间) 　　默认单个进程打开的FD有限制是1024个，可修改宏定义，但是效率仍然慢。 2）poll机制 基本原理与select一致，只是没有最大文件描述符限制，因为采用的是链表存储fd。 3）epoll机制 epoll之所以高性能是得益于它的三个函数 　　1)epoll_create()系统启动时，在Linux内核里面申请一个B+树结构文件系统，返回epoll对象，也是一个fd 　　2)epoll_ctl() 每新建一个连接，都通过该函数操作epoll对象，在这个对象里面修改添加删除对应的链接fd, 绑定一个callback函数。 　　3)epoll_wait() 轮训所有的callback集合，并完成对应的IO操作 优点： 　　没fd这个限制，所支持的FD上限是操作系统的最大文件句柄数，1G内存大概支持10万个句柄 　　效率提高，使用回调通知而不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降 　　内核和用户空间mmap同一块内存实现 ### 参考链接 https://zhuanlan.zhihu.com/p/124230020 https://blog.csdn.net/chengyuqiang/article/details/79183748 https://www.wkcto.com/article/detail/259 https://www.cnblogs.com/lanqingzhou/p/13609317.html https://www.imooc.com/article/265871 https://blog.csdn.net/chenwiehuang/article/details/105296691