为什么一个还没毕业的大学生能够把 IO 讲的这么好？
小菠萝觉得每隔一段时间就去看一看水壶太费劲了，于是购买了一批烧开水时可以哔哔响的水壶，于是开始烧水后，小菠萝就直接去客厅玩手机了，水烧开时，就发出“哔哔”的响声，通知小菠萝来关掉水壶。
什么是流
========
知识科普：我们知道任何一个文件都是以二进制形式存在于设备中，计算机就只有 0 和 1，你能看见的东西全部都是由这两个数字组成，你看这篇文章时，这篇文章也是由 01 组成，只不过这些二进制串经过各种转换演变成一个个文字、一张张图片跃然屏幕上。
而流就是将这些二进制串在各种设备之间进行传输，如果你觉得有些抽象，我举个例子就会好理解一些：
下图是一张图片，它由 01 串组成，我们可以通过程序把一张图片拷贝到一个文件夹中，
把图片转化成二进制数据集，把数据一点一点地传递到文件夹中 , 类似于水的流动 , 这样整体的数据就是一个数据流
IO 流读写数据的特点：
顺序读写。读写数据时，大部分情况下都是按照顺序读写，读取时从文件开头的第一个字节到最后一个字节，写出时也是也如此（RandomAccessFile 可以实现随机读写）
字节数组。读写数据时本质上都是对字节数组做读取和写出操作，即使是字符流，也是在字节流基础上转化为一个个字符，所以字节数组是 IO 流读写数据的本质。
流的分类
========
根据数据流向不同分类：输入流 和 输出流
输入流：从磁盘或者其它设备中将数据输入到进程中
输出流：将进程中的数据输出到磁盘或其它设备上保存
图示中的硬盘只是其中一种设备，还有非常多的设备都可以应用在 IO 流中，例如：打印机、硬盘、显示器、手机······
根据处理数据的基本单位不同分类：字节流 和 字符流
字节流：以**字节（8 bit）**为单位做数据的传输
字符流：以字符为单位（1 字符 = 2 字节）做数据的传输
字符流的本质也是通过字节流读取，Java 中的字符采用 Unicode 标准，在读取和输出的过程中，通过以字符为单位，查找对应的码表将字节转换为对应的字符。
面对字节流和字符流，很多读者都有疑惑：什么时候需要用字节流，什么时候又要用字符流？
我这里做一个简单的概括，你可以按照这个标准去使用：
字符流只针对字符数据进行传输，所以如果是文本数据，优先采用字符流传输；除此之外，其它类型的数据（图片、音频等），最好还是以字节流传输。
根据这两种不同的分类，我们就可以做出下面这个表格，里面包含了 IO 中最核心的 4 个顶层抽象类：
数据流向 / 数据类型字节流字符流输入流 InputStreamReader 输出流 OutputStreamWriter
现在看 IO 是不是有一些思路了，不会觉得很混乱了，我们来看这四个类下的所有成员。
[来自于 cxuan 的 《Java 基础核心总结》]
看到这么多的类是不是又开始觉得混乱了，不要慌，字节流和字符流下的输入流和输出流大部分都是一一对应的，有了上面的表格支撑，我们不需要再担心看见某个类会懵逼的情况了。
看到 Stream 就知道是字节流，看到 Reader / Writer 就知道是字符流。
这里还要额外补充一点：Java IO 提供了字节流转换为字符流的转换类，称为转换流。
转换流 / 数据类型字节流与字符流之间的转换（输入）字节流 => 字符流 InputStreamReader（输出）字符流 => 字节流 OutputStreamWriter
注意字节流与字符流之间的转换是有严格定义的：
输入流：可以将字节流 => 字符流
输出流：可以将字符流 => 字节流
为什么在输入流不能字符流 => 字节流，输出流不能字节流 => 字符流？
在存储设备上，所有数据都是以字节为单位存储的，所以输入到内存时必定是以字节为单位输入，输出到存储设备时必须是以字节为单位输出，字节流才是计算机最根本的存储方式，而字符流是在字节流的基础上对数据进行转换，输出字符，但每个字符依旧是以字节为单位存储的。
节点流和处理流
===========
在这里需要额外插入一个小节讲解节点流和处理流。
节点流：节点流是真正传输数据的流对象，用于向特定的一个地方（节点）读写数据，称为节点流。例如 FileInputStream
处理流：处理流是对节点流的封装，使用外层的处理流读写数据，本质上是利用节点流的功能，外层的处理流可以提供额外的功能。处理流的基类都是以 Filter 开头。
上图将 ByteArrayInputStream 封装成 DataInputStream，可以将输入的字节数组转换为对应数据类型的数据。例如希望读入 int 类型数据，就会以 2 个字节为单位转换为一个数字。
Java IO 的核心类 File
=====================
Java 提供了 File 类，它指向计算机操作系统中的文件和目录，通过该类只能访问文件和目录，无法访问内容。 它内部主要提供了 3 种操作：
访问文件的属性：绝对路径、相对路径、文件名······
文件检测：是否文件、是否目录、文件是否存在、文件的读/写/执行权限······
操作文件：创建目录、创建文件、删除文件······
上面举例的操作都是在开发中非常常用的，File 类远不止这些操作，更多的操作可以直接去 API 文档中根据需求查找。
访问文件的属性：
API 功能 String getAbsolutePath()返回该文件处于系统中的绝对路径名 String getPath()返回该文件的相对路径，通常与 new File() 传入的路径相同 String getName()返回该文件的文件名
文件检测：
API 功能 boolean isFIle()校验该路径指向是否一个文件 boolean isDirectory()校验该路径指向是否一个目录 boolean isExist()校验该路径指向的文件/目录是否存在 boolean canWrite()校验该文件是否可写 boolean canRead()校验该文件是否可读 boolean canExecute()校验该文件/目录是否可以被执行
操作文件：
API 功能 mkdirs()递归创建多个文件夹，路径中间有可能某些文件夹不存在 createNewFile()创建新文件，它是一个原子操作，有两步：检查文件是否存在、创建新文件 delete()删除文件或目录，删除目录时必须保证该目录为空
多了解一些
文件的读/写/执行权限，在 Windows 中通常表现不出来，而在 Linux 中可以很好地体现这一点，原因是 Linux 有严格的用户权限分组，不同分组下的用户对文件有不同的操作权限，所以这些方法在 Linux 下会比在 Windows 下更好理解。下图是 redis 文件夹中的一些文件的详细信息，被红框标注的是不同用户的执行权限：
r（Read）：代表该文件可以被当前用户读，操作权限的序号是 4
w（Write）：代表该文件可以被当前用户写，操作权限的序号是 2
x（Execute）：该文件可以被当前用户执行，操作权限的序号是 1
root root 分别代表：当前文件的所有者，当前文件所属的用户分组。Linux 下文件的操作权限分为三种用户：
文件所有者：拥有的权限是红框中的前三个字母，-代表没有某个权限
文件所在组的所有用户：拥有的权限是红框中的中间三个字母
其它组的所有用户：拥有的权限是红框中的最后三个字母
Java IO 流对象
===============
回顾流的分类有 2 种：
根据数据流向分为输入流和输出流
根据数据类型分为字节流和字符流
所以，本小节将以字节流和字符流作为主要分割点，在其内部再细分为输入流和输出流进行讲解。
字节流对象
=========
字节流对象大部分输入流和输出流都是成双成对地出现，所以学习的时候可以将输入流和输出流一一对应的流对象关联起来，输入流和输出流只是数据流向不同，而处理数据的方式可以是相同的。
注意不要认为用什么流读入数据，就需要用对应的流写出数据，在 Java 中没有这么规定，下图只是各个对象之间的一个对应关系，不是两个类使用时必须强制关联使用。
下面有非常多的类，我会介绍基类的方法，了解这些方法是非常有必要的，子类的功能基于父类去扩展，只有真正了解父类在做什么，学习子类的成本就会下降。
InputStream
===============
InputStream 是字节输入流的抽象基类，提供了通用的读方法，让子类使用或重写它们。下面是 InputStream 常用的重要的方法。
重要方法功能 public abstract int read()从输入流中读取下一个字节，读到尾部时返回 -1public int read(byte b[])从输入流中读取长度为 b.length 个字节放入字节数组 b 中 public int read(byte b[], int off, int len)从输入流中读取指定范围的字节数据放入字节数组 b 中 public void close()关闭此输入流并释放与该输入流相关的所有资源
还有其它一些不太常用的方法，我也列出来了。
其它方法功能 public long skip(long n)跳过接下来的 n 个字节，返回实际上跳过的字节数 public long available()返回下一次可读取（跳过）且不会被方法阻塞的字节数的估计值 public synchronized void mark(int readlimit)标记此输入流的当前位置，对 reset() 方法的后续调用将会重新定位在 mark() 标记的位置，可以重新读取相同的字节 public boolean markSupported()判断该输入流是否支持 mark() 和 reset() 方法，即能否重复读取字节 public synchronized void reset()将流的位置重新定位在最后一次调用 mark() 方法时的位置
（1）ByteArrayInputStream
ByteArrayInputStream 内部包含一个 buf 字节数组缓冲区，该缓冲区可以从流中读取的字节数，使用 pos 指针指向读取下一个字节的下标位置，内部还维护了一个 count 属性，代表能够读取 count 个字节。
必须保证 pos 严格小于 count，而 count 严格小于 buf.length 时，才能够从缓冲区中读取数据
（2）FileInputStream
文件输入流，从文件中读入字节，通常对文件的拷贝、移动等操作，可以使用该输入流把文件的字节读入内存中，然后再利用输出流输出到指定的位置上。
（3）PipedInputStream
管道输入流，它与 PipedOutputStream 成对出现，可以实现多线程中的管道通信。PipedOutputStream 中指定与特定的 PipedInputStream 连接，PipedInputStream 也需要指定特定的 PipedOutputStream 连接，之后输出流不断地往输入流的 buffer 缓冲区写数据，而输入流可以从缓冲区中读取数据。
（4）ObjectInputStream
对象输入流，用于对象的反序列化，将读入的字节数据反序列化为一个对象，实现对象的持久化存储。
（5）PushBackInputStream
它是 FilterInputStream 的子类，是一个处理流，它内部维护了一个缓冲数组 buf。
在读入字节的过程中可以将读取到的字节数据回退给缓冲区中保存，下次可以再次从缓冲区中读出该字节数据。所以 PushBackInputStream 允许多次读取输入流的字节数据，只要将读到的字节放回缓冲区即可。
需要注意的是如果回推字节时，如果缓冲区已满，会抛出 IOException 异常。
它的应用场景：对数据进行分类规整。
假如一个文件中存储了数字和字母两种类型的数据，我们需要将它们交给两种线程各自去收集自己负责的数据，如果采用传统的做法，把所有的数据全部读入内存中，再将数据进行分离，面对大文件的情况下，例如 1G、2G，传统的输入流在读入数组后，由于没有缓冲区，只能对数据进行抛弃，这样每个线程都要读一遍文件。
使用 PushBackInputStream 可以让一个专门的线程读取文件，唤醒不同的线程读取字符：
第一次读取缓冲区的数据，判断该数据由哪些线程读取
回退数据，唤醒对应的线程读取数据
重复前两步
关闭输入流
到这里，你是否会想到 AQS 的 Condition 等待队列，多个线程可以在不同的条件上等待被唤醒。
（6）BufferedInputStream
缓冲流，它是一种处理流，对节点流进行封装并增强，其内部拥有一个 buffer 缓冲区，用于缓存所有读入的字节，当缓冲区满时，才会将所有字节发送给客户端读取，而不是每次都只发送一部分数据，提高了效率。
（7）DataInputStream
数据输入流，它同样是一种处理流，对节点流进行封装后，能够在内部对读入的字节转换为对应的 Java 基本数据类型。
（8）SequenceInputStream
将两个或多个输入流看作是一个输入流依次读取，该类的存在与否并不影响整个 IO 生态，在程序中也能够做到这种效果
（9）StringBufferInputStream
将字符串中每个字符的低 8 位转换为字节读入到字节数组中，目前已过期
InputStream 总结：
InputStream 是所有输入字节流的抽象基类
ByteArrayInputStream 和 FileInputStream 是两种基本的节点流，他们分别从字节数组?和?本地文件中读取数据
DataInputStream、BufferedInputStream 和 PushBackInputStream 都是处理流，对基本的节点流进行封装并增强
PipiedInputStream 用于多线程通信，可以与其它线程公用一个管道，读取管道中的数据。
ObjectInputStream 用于对象的反序列化，将对象的字节数据读入内存中，通过该流对象可以将字节数据转换成对应的对象
OutputStream
================
OutputStream 是字节输出流的抽象基类，提供了通用的写方法，让继承的子类重写和复用。
方法功能 public abstract void write(int b)将指定的字节写出到输出流，写入的字节是参数 b 的低 8 位 public void write(byte b[])将指定字节数组中的所有字节写入到输出流当中 public void write(byte b[], int off, int len)指定写入的起始位置 offer，字节数为 len 的字节数组写入到输出流当中 public void flush()刷新此输出流，并强制写出所有缓冲的输出字节到指定位置，每次写完都要调用 public void close()关闭此输出流并释放与此流关联的所有系统资源
OutputStream 中大多数的类和 InputStream 是对应的，只不过数据的流向不同而已。从上面的图可以看出：
OutputStream 是所有输出字节流的抽象基类
ByteArrayOutputStream 和 FileOutputStream 是两种基本的节点流，它们分别向字节数组和本地文件写出数据
DataOutputStream、BufferedOutputStream 是处理流，前者可以将字节数据转换成基本数据类型写出到文件中；后者是缓冲字节数组，只有在缓冲区满时，才会将所有的字节写出到目的地，减少了 IO 次数。
PipedOutputStream 用于多线程通信，可以和其它线程共用一个管道，向管道中写入数据
ObjectOutputStream 用于对象的序列化，将对象转换成字节数组后，将所有的字节都写入到指定位置中
PrintStream 在 OutputStream 基础之上提供了增强的功能，即可以方便地输出各种类型的数据（而不仅限于 byte 型）的格式化表示形式，且 PrintStream 的方法从不抛出 IOEception，其原理是写出时将各个数据类型的数据统一转换为 String 类型，我会在讲解完
字符流对象
=========
字符流对象也会有对应关系，大多数的类可以认为是操作的数据从字节数组变为字符，类的功能和字节流对象是相似的。
字符输入流和字节输入流的组成非常相似，字符输入流是对字节输入流的一层转换，所有文件的存储都是字节的存储，在磁盘上保留的不是文件的字符，而是先把字符编码成字节，再保存到文件中。在读取文件时，读入的也是一个一个字节组成的字节序列，而 Java 虚拟机通过将字节序列，按照 2 个字节为单位转换为 Unicode 字符，实现字节到字符的映射。
Reader
==========
Reader 是字符输入流的抽象基类，它内部的重要方法如下所示。
重要方法方法功能 public int read(java.nio.CharBuffer target)将读入的字符存入指定的字符缓冲区中 public int read()读取一个字符 public int read(char cbuf[])读入字符放入整个字符数组中 abstract public int read(char cbuf[], int off, int len)将字符读入字符数组中的指定范围中
还有其它一些额外的方法，与字节输入流基类提供的方法是相同的，只是作用的对象不再是字节，而是字符。
Reader 是所有字符输入流的抽象基类
CharArrayReader 和 StringReader 是两种基本的节点流，它们分别从读取?字符数组?和?字符串?数据，StringReader 内部是一个 String 变量值，通过遍历该变量的字符，实现读取字符串，本质上也是在读取字符数组
PipedReader 用于多线程中的通信，从共用地管道中读取字符数据
BufferedReader 是字符输入缓冲流，将读入的数据放入字符缓冲区中，实现高效地读取字符
InputStreamReader 是一种转换流，可以实现从字节流转换为字符流，将字节数据转换为字符
Writer
==========
Reader 是字符输出流的抽象基类，它内部的重要方法如下所示。
重要方法方法功能 public void write(char cbuf[])将 cbuf 字符数组写出到输出流 abstract public void write(char cbuf[], int off, int len)将指定范围的 cbuf 字符数组写出到输出流 public void write(String str)将字符串 str 写出到输出流，str 内部也是字符数组 public void write(String str, int off, int len)将字符串 str 的某一部分写出到输出流 abstract public void flush()刷新，如果数据保存在缓冲区，调用该方法才会真正写出到指定位置 abstrac
t public void close()关闭流对象，每次 IO 执行完毕后都需要关闭流对象，释放系统资源
Writer 是所有的输出字符流的抽象基类
**CharArrayWriter、StringWriter 是两种基本的节点流，它们分别向 Char 数组、字符串中写入数据。**StringWriter 内部保存了 StringBuffer 对象，可以实现字符串的动态增长
PipedWriter 可以向共用的管道中写入字符数据，给其它线程读取。
BufferedWriter?是缓冲输出流，可以将写出的数据缓存起来，缓冲区满时再调用 flush() 写出数据，减少 IO 次数。
PrintWriter 和 PrintStream 类似，功能和使用也非常相似，只是写出的数据是字符而不是字节。
OutputStreamWriter?将字符流转换为字节流，将字符写出到指定位置
字节流与字符流的转换
==============
从任何地方把数据读入到内存都是先以字节流形式读取，即使是使用字符流去读取数据，依然成立，因为数据永远是以字节的形式存在于互联网和硬件设备中，字符流是通过字符集的映射，才能够将字节转换为字符。
所以 Java 提供了两种转换流：
InputStreamReader：从字节流转换为字符流，将字节数据转换为字符数据读入到内存
OutputStreamWriter：从字符流转换为字节流，将字符数据转换为字节数据写出到指定位置
了解了 Java 传统的 BIO 中字符流和字节流的主要成员之后，至少要掌握以下两个关键点：
（1）传统的 BIO 是以流为基本单位处理数据的，想象成水流，一点点地传输字节数据，IO 流传输的过程永远是以字节形式传输。
（2）字节流和字符流的区别在于操作的数据单位不相同，字符流是通过将字节数据通过字符集映射成对应的字符，字符流本质上也是字节流。
接下来我们再继续学习 NIO 知识，NIO 是当下非常火热的一种 IO 工作方式，它能够解决传统 BIO 的痛点：阻塞。
BIO 如果遇到 IO 阻塞时，线程将会被挂起，直到 IO 完成后才唤醒线程，线程切换带来了额外的开销。
BIO 中每个 IO 都需要有对应的一个线程去专门处理该次 IO 请求，会让服务器的压力迅速提高。
我们希望做到的是当线程等待 IO 完成时能够去完成其它事情，当 IO 完成时线程可以回来继续处理 IO 相关操作，不必干干的坐等 IO 完成。在 IO 处理的过程中，能够有一个专门的线程负责监听这些 IO 操作，通知服务器该如何操作。所以，我们聊到 IO，不得不去接触 NIO 这一块硬骨头。
新潮的 NIO
===========
我们来看看 BIO 和 NIO 的区别，BIO 是面向流的 IO，它建立的通道都是单向的，所以输入和输出流的通道不相同，必须建立 2 个通道，通道内的都是传输 0101001···的字节数据。
而在 NIO 中，不再是面向流的 IO 了，而是面向缓冲区，它会建立一个通道（Channel），该通道我们可以理解为铁路，该铁路上可以运输各种货物，而通道上会有一个缓冲区（Buffer）用于存储真正的数据，缓冲区我们可以理解为一辆火车。
通道（铁路）只是作为运输数据的一个连接资源，而真正存储数据的是缓冲区（火车）。即通道负责传输，缓冲区负责存储。
理解了上面的图之后，BIO 和 NIO 的主要区别就可以用下面这个表格简单概括。
BIONIO 面向流（Stream）面向缓冲区（Buffer）单向通道双向通道阻塞 IO 非阻塞 IO 选择器（Selectors）
缓冲区（Buffer）
===============
缓冲区是存储数据的区域，在 Java 中，缓冲区就是数组，为了可以操作不同数据类型的数据，Java 提供了许多不同类型的缓冲区，除了布尔类型以外，其它基本数据类型都有对应的缓冲区数组对象。
为什么没有布尔类型的缓冲区呢？
在 Java 中，boolean 类型数据只占用 1 bit，而在 IO 传输过程中，都是以字节为单位进行传输的，所以 boolean 的 1 bit 完全可以使用 byte 类型的某一位，或者 int 类型的某一位来表示，没有必要为了这 1 bit 而专门提供多一个缓冲区。
缓冲区解释 ByteBuffer 存储字节数据的缓冲区 CharBuffer 存储字符数据的缓冲区 ShortBuffer 存储短整型数据的缓冲区 IntBuffer 存储整型数据的缓冲区 LongBuffer 存储长整型数据的缓冲区 FloatBuffer 存储单精度浮点型数据的缓冲区 DoubleBuffer 存储双精度浮点型数据的缓冲区
分配一个缓冲区的方式都高度一致：使用 allocate(int capacity)方法。
例如需要分配一个 1024 大小的字节数组，代码就是下面这样子。
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
缓冲区读写数据的两个核心方法：
put()：将数据写入到缓冲区中
get()：从缓冲区中读取数据
缓冲区的重要属性：
capacity：缓冲区中最大存储数据的容量，一旦声明则无法改变
limit：表示缓冲区中可以操作数据的大小，limit 之后的数据无法进行读写。必须满足 limit <= capacity
position：当前缓冲区中正在操作数据的下标位置，必须满足 position <= limit
mark：标记位置，调用 reset() 将 position 位置调整到 mark 属性指向的下标位置，实现多次读取数据
缓冲区为高效读写数据而提供的其它辅助方法：
flip()：可以实现读写模式的切换，我们可以看看里面的源码
public final Buffer flip() {
limit = position; position = 0;
mark = -1;
return this;
}
调用 flip() 会将可操作的大小 limit 设置为当前写的位置，操作数据的起始位置 position 设置为 0，即从头开始读取数据。
rewind()：可以将 position 位置设置为 0，再次读取缓冲区中的数据
clear()：清空整个缓冲区，它会将 position 设置为 0，limit 设置为 capacity，可以写整个缓冲区
更多的方法可以去查阅 API 文档，本文碍于篇幅原因就不贴出其它方法了，主要是要理解缓冲区的作用
我们来看一个简单的例子
public Class Main {
public static void main(String[] args) { // 分配内存大小为 11 的整型缓存区
IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(11);
// 往 buffer 里写入 2 个整型数据
for (int i = 0; i < 2; ++i) {
int randomNum = new SecureRandom().nextInt();
buffer.put(randomNum); } // 将 Buffer 从写模式切换到读模式 buffer.flip(); System.out.println("position >> " + buffer.position()
"limit >> " + buffer.limit()
"capacity >> " + buffer.capacity());
// 读取 buffer 里的数据
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.println(buffer.get()); } System.out.println("position >> " + buffer.position()
"limit >> " + buffer.limit()
"capacity >> " + buffer.capacity());
}}
执行结果如下图所示，首先我们往缓冲区中写入 2 个数据，position 在写模式下指向下标 2，然后调用 flip() 方法切换为读模式，limit 指向下标 2，position 从 0 开始读数据，读到下标为 2 时发现到达 limit 位置，不可继续读。
整个过程可以用下图来理解，调用 flip() 方法以后，读出数据的同时 position 指针不断往后挪动，到达 limit 指针的位置时，该次读取操作结束。
还未添加个人签名 2021.03.18 加入
还未添加个人简介
评论