Java基礎-IO流-概述

Java工程師知識樹 / Java基礎

文章目錄

- - - IO與流的概念：
    - java.io包
    - java.io包下流的分類
    - - 按流向分：
      - 按資料傳輸機關分：
      - 按功能分：
    - java.io常用類
    - Java中IO與NIO
    - - Java IO與NIO之間的主要差别
      - JavaIO流的用處

IO與流的概念：

IO：I/O是Input/Output的縮寫， I/O技術是非常實用的技術，用于處理裝置之間的資料傳輸。

流：流是用來讀寫資料的。當程式需要讀取資料的時候，就會開啟一個通向資料源的流，這個資料源可以是檔案，記憶體，或是網絡連接配接。類似的，當程式需要寫入資料的時候，就會開啟一個通向目的地的流。這時候你就可以想象資料好像在這其中“流”動一樣。從流中取得資料的操作稱為提取操作（輸出），而向流中添加資料的操作稱為插入操作（輸入）。

java.io包

Java把不同來源和目标的資料都統一抽象為資料流。

Java基礎-IO流-概述

JavaIO原理：Java中IO是以資料流為基礎進行輸入輸出的，所有資料被串行化寫入輸出流，或者從輸入流讀入。

在Java類庫中，IO操作包括：輸入輸出流，檔案的操作，網絡傳輸資料流，字元串流，對象流，zip檔案流。

Java的IO包作用的描述：通過資料流，序列号和檔案系統提供系統輸入和輸出。

從功能上區分在Java類庫中包含三個部分：

流式部分――IO的主體部分，如：InputStream、OutputStream、Writer、Reader等；
非流式部分――主要包含一些輔助流式部分的類，如：File類、RandomAccessFile類和FileDescriptor等類；

java.io.File類是檔案和目錄路徑名的抽象表示，并且java.io.File類的執行個體可以表示檔案系統的對象，例如檔案或目錄。是以JDK将java.io.File類放到了java.io包下。
其他類――檔案讀取部分的與安全相關的類，如：SerializablePermission類，以及與本地作業系統相關的檔案系統的類，如：FileSystem類和Win32FileSystem類和WinNTFileSystem類。

java.io包下流的分類

按流向分：

輸入流：程式可以從中讀取資料的流。特點：能夠向輸入流中添加資料

輸出流：程式能向其中寫入資料的流。特點：能夠從輸出流中取得資料

以InputStream、OutputStream作為抽象基類。輸入流和輸出流都是站在程式的角度上來說。

描述	位元組流(抽象基類)	字元流(抽象基類)
輸入流	InputStream	Reader
輸出流	OutputStream	Writer

按資料傳輸機關分：

位元組流：以位元組為機關傳輸資料的流

字元流：以字元為機關傳輸資料的流

以Writer、Reader作為抽象基類。

位元組流和字元流選擇

位元組流：位元組流讀取的時候，讀到一個位元組就傳回一個位元組；主要用于讀取圖檔，MP3，AVI視訊檔案。
字元流：字元流使用了位元組流讀到一個或多個位元組，如讀取中文時，就會一次讀取2個位元組。隻要是處理純文字資料，就要優先考慮使用字元流。

描述	位元組流(抽象基類)	字元流(抽象基類)
輸入流	InputStream	Reader
輸出流	OutputStream	Writer

按功能分：

位元組流：用于直接操作目标裝置的流

過濾流：是對一個已存在的流的連結和封裝，通過對資料進行處理為程式提供功能強大、靈活的讀寫功能。

抽象基類	節點流（檔案流）	緩沖流（處理流的一種）
InputStream	FileInputStream	BufferedInputStream
OutputStream	FileOutputStream	BufferedOutputStream
Reader	FileReader	BufferedReader
Writer	FileWriter	BufferedWriter

java.io常用類

JDK所提供的所有流類位于

java.io

包中，都分别繼承自以下四種抽象流類。

InputStream：繼承自InputStream的流都是用于向程式中輸入資料的，且資料機關都是位元組（8位）。

OutputStream：繼承自OutputStream的流都是程式用于向外輸出資料的，且資料機關都是位元組（8位）。

Reader：繼承自Reader的流都是用于向程式中輸入資料的，且資料機關都是字元（16位）。

Writer：繼承自Writer的流都是程式用于向外輸出資料的，且資料機關都是字元（16位）。

File：是檔案和目錄路徑名的抽象表示，主要用于檔案和目錄的建立、查找和删除等操作。專門對檔案進行操作的類，隻能對檔案本身進行操作，不能對檔案内容進行操作。

Java輸入輸出流體系中常用流分類圖：

Java基礎-IO流-概述

Java中IO與NIO

Java.io

是大多數面向資料流的輸入/輸出類的主要軟體包。

此外，Java也對塊傳輸提供支援，在核心庫

java.nio

中采用的便是塊IO。

Java IO與NIO之間的主要差别

面向流與面向緩沖：Java IO面向流，Java NIO面向緩沖。

分析：

Java IO面向流意味着每次從流中讀一個或多個位元組，直至讀取所有位元組，它們沒有被緩存在任何地方。此外，它不能前後移動流中的資料。如果需要前後移動從流中讀取的資料，需要先将它緩存到一個緩沖區。

Java NIO将資料先讀取到一個它稍後處理的緩沖區，需要時可在緩沖區中前後移動。這就增加了處理過程中的靈活性。但是，還需要檢查是否該緩沖區中包含所有需要處理的資料。而且，需確定當更多的資料讀入緩沖區時，不要覆寫緩沖區裡尚未處理的資料。

阻塞與非阻塞IO：Java IO的各種流是阻塞的，Java NIO的非阻塞模式。

分析：

Java IO的各種流是阻塞的。這意味着，當一個線程調用read() 或 write()時，該線程被阻塞，直到有一些資料被讀取，或資料完全寫入。該線程在此期間不能再幹任何事情了。

Java NIO的非阻塞模式，如果通道沒有東西可讀，或不可寫，讀寫函數馬上傳回，而不會阻塞，這個線程可以去做别的事情。線程通常将非阻塞IO的空閑時間用于在其它通道上執行IO操作，是以一個單獨的線程可以管理多個輸入和輸出通道（channel），即IO多路複用的原理。

選擇器（Selectors）

分析：

Java NIO的選擇器允許一個單獨的線程來監視多個輸入通道，你可以注冊多個通道使用一個選擇器，然後使用一個單獨的線程來“選擇”通道：這些通道裡已經有可以處理的輸入，或者選擇已準備寫入的通道。這種選擇機制，使得一個單獨的線程很容易來管理多個通道。

JavaIO流的用處

1. 磁盤IO

磁盤IO主要是指對檔案的操作以及檔案内容的操作。

2. 網絡IO

網絡程式設計的基本模型是C/S模型，即兩個程序間的通信。

服務端提供IP和監聽端口，用戶端通過連接配接操作向服務端監聽的位址發起連接配接請求，通過三次握手連接配接，如果連接配接成功建立，雙方就可以通過套接字進行通信。通信的方式就是指網絡IO。

JDK1.7之後有網絡程式設計模型：

BIO(傳統的同步阻塞模型)開發中，ServerSocket負責綁定IP位址，啟動監聽端口；Socket負責發起連接配接操作。連接配接成功後，雙方通過輸入和輸出流（網絡IO）進行同步阻塞式通信。

NIO提供了與傳統BIO模型中的Socket和ServerSocket相對應的SocketChannel和ServerSocketChannel兩種不同的套接字通道實作。

AIO(NIO 2.0)引入了新的異步通道的概念，并提供了異步檔案通道和異步套接字通道的實作。異步的套接字通道時真正的異步非阻塞I/O，對應于UNIX網絡程式設計中的事件驅動I/O（AIO）。AIO不需要過多的Selector對注冊的通道進行輪詢即可實作異步讀寫，進而簡化了NIO的程式設計模型。