04.JavaIO流問題

目錄介紹

• 4.0.0.1 說一下Java IO里面的常見類，字節流，字符流、接口、實現類、方法阻塞？
• 4.0.0.2 什么是比特(Bit),什么是字節(Byte),什么是字符(Char),它們長度是多少,各有什么區別？
• 4.0.0.3 字符流和字節流有什么區別？如何選擇字節流或者字符流？什么是緩沖區，有什么作用？
• 4.0.0.4 IO流中用到哪些模式？談一談IO流中用到的適配器模式和裝飾者模式的作用優勢？
• 4.0.0.5 說一下對NIO的理解？NIO和IO的主要區別？NIO和IO如何影響應用程序的設計?
• 4.0.1.1 對字節流進行大量的從硬盤讀取,要用那個流,為什么？

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4.0.0.1 說一下Java IO里面的常見類，字節流，字符流、接口、實現類、方法阻塞？

• 輸出流和輸入流
  • 輸入流就是從外部文件輸入到內存，輸出流主要是從內存輸出到文件。
• IO里面常見的類
  • IO流中有很多類，IO流主要分為字符流和字節流。字符流中有抽象類InputStream和OutputStream，它們的子類FileInputStream，FileOutputStream,BufferedOutputStream等。字符流BufferedReader和Writer等。都實現了Closeable, Flushable, Appendable這些接口。程序中的輸入輸出都是以流的形式保存的，流中保存的實際上全都是字節文件。
• IO流中方法阻塞
  • java中的阻塞式方法是指在程序調用改方法時，必須等待輸入數據可用或者檢測到輸入結束或者拋出異常，否則程序會一直停留在該語句上，不會執行下面的語句。比如read()和readLine()方法。
  • 技術博客大總結

4.0.0.2 什么是比特(Bit),什么是字節(Byte),什么是字符(Char),它們長度是多少,各有什么區別？

• 什么是比特(Bit)？
  • Bit最小的二進制單位 ，是計算機的操作部分 取值0或者1
• 什么是字節
  • Byte是計算機操作數據的最小單位由8位bit組成 取值（-128-127）
• 什么是字符
  • Char是用戶的可讀寫的最小單位，在Java里面由16位bit組成 取值（0-65535）
• 各有什么區別
  • Bit 是最小單位 計算機 只能認識 0或者1

4.0.0.3 字符流和字節流有什么區別？如何選擇字節流或者字符流？什么是緩沖區，有什么作用？

• 字符流和字節流區別
  • 把二進制數據數據逐一輸出到某個設備中，或者從某個設備中逐一讀取一片二進制數據，不管輸入輸出設備是什么，我們要用統一的方式來完成這些操作，用一種抽象的方式進行描述，這個抽象描述方式起名為IO流，對應的抽象類為OutputStream和InputStream ，不同的實現類就代表不同的輸入和輸出設備，它們都是針對字節進行操作的。
  • 在應用中，經常要完全是字符的一段文本輸出去或讀進來，用字節流可以嗎？計算機中的一切最終都是二進制的字節形式存在。對于“中國”這些字符，首先要得到其對應的字節，然后將字節寫入到輸出流。讀取時，首先讀到的是字節，可是我們要把它顯示為字符，我們需要將字節轉換成字符。由于這樣的需求很廣泛，人家專門提供了字符流的包裝類。
  • 底層設備永遠只接受字節數據，有時候要寫字符串到底層設備，需要將字符串轉成字節再進行寫入。字符流是字節流的包裝，字符流則是直接接受字符串，它內部將串轉成字節，再寫入底層設備，這為我們向IO設別寫入或讀取字符串提供了一點點方便。
  • 技術博客大總結
  • 字符流和字節流的使用非常相似，但是實際上字節流的操作不會經過緩沖區（內存）而是直接操作文本本身的，而字符流的操作會先經過緩沖區（內存）然后通過緩沖區再操作文件。
• 如何選擇字節流或者字符流？
  • 字符流是由Java虛擬機將字節轉化為2個字節的Unicode字符為單位的字符而成的
  • 如果是音頻文件、圖片、歌曲，就用字節流好點（避免數據丟失）
  • 如果是關系到中文（文本）的，用字符流好點）
• 什么是緩沖區，有什么作用？
  • 緩沖區就是一段特殊的內存區域，很多情況下當程序需要頻繁地操作一個資源（如文件或數據庫）則性能會很低，所以為了提升性能就可以將一部分數據暫時讀寫到緩存區，以后直接從此區域中讀寫數據即可，這樣就顯著提升了性能。
  • 對于 Java 字符流的操作都是在緩沖區操作的，所以如果我們想在字符流操作中主動將緩沖區刷新到文件則可以使用 flush() 方法操作。

4.0.0.4 IO流中用到哪些模式？談一談IO流中用到的適配器模式和裝飾者模式的作用優勢？

• IO流中用到哪些模式
  • 大概有裝飾者模式和適配器模式！
  • 要知道裝飾者模式和適配器模式的作用；其次，可以自己舉個例子把它的作用生動形象地講出來；最后，簡要說一下要完成這樣的功能需要什么樣的條件。
• 談一談IO流中用到的適配器模式和裝飾者模式的作用優勢
  • 裝飾器模式：就是動態地給一個對象添加一些額外的職責（對于原有功能的擴展）。

    //把InputStreamReader裝飾成BufferedReader來成為具備緩沖能力的Reader。
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);

    • 1.它必須持有一個被裝飾的對象（作為成員變量）。
    • 2.它必須擁有與被裝飾對象相同的接口（多態調用、擴展需要）。
    • 3.它可以給被裝飾對象添加額外的功能。
    • 比如，在io流中，FilterInputStream類就是裝飾角色，它實現了InputStream類的所有接口，并持有InputStream的對象實例的引用，BufferedInputStream是具體的裝飾器實現者，這個裝飾器類的作用就是使得InputStream讀取的數據保存在內存中，而提高讀取的性能。
  • 適配器模式：將一個類的接口轉換成客戶期望的另一個接口，讓原本不兼容的接口可以合作無間。

    //把FileInputStream文件字節流適配成InputStreamReader字符流來操作文件字符串。
    FileInputStream fileInput = new FileInputStream(file); 
    InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(fileInput);

    • 1.適配器對象實現原有接口
    • 2.適配器對象組合一個實現新接口的對象
    • 3.對適配器原有接口方法的調用被委托給新接口的實例的特定方法(重寫舊接口方法來調用新接口功能。)
    • 比如，在io流中，InputStreamReader類繼承了Reader接口，但要創建它必須在構造函數中傳入一個InputStream的實例，InputStreamReader的作用也就是將InputStream適配到Reader。InputStreamReader實現了Reader接口，并且持有了InputStream的引用。這里，適配器就是InputStreamReader類，而源角色就是InputStream代表的實例對象，目標接口就是Reader類。
    • 適配器模式主要在于將一個接口轉變成另一個接口，它的目的是通過改變接口來達到重復使用的目的；而裝飾器模式不是要改變被裝飾對象的接口，而是保持原有的接口，但是增強原有對象的功能，或改變原有對象的方法而提高性能。
• 用到設計模式優勢
  • 裝飾者模式就是給一個對象增加一些新的功能，而且是動態的，要求裝飾對象和被裝飾對象實現同一個接口，裝飾對象持有被裝飾對象的實例（各種字符流間裝飾，各種字節流間裝飾）。
  • 技術博客大總結
  • 適配器模式就是將某個類的接口轉換成我們期望的另一個接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的類的兼容性問題（字符流與字節流間互相適配）。

4.0.0.5 說一下對NIO的理解？NIO和IO的主要區別？NIO和IO如何影響應用程序的設計?

• 說一下對NIO的理解？
  • 傳統的IO流是阻塞式的，會一直監聽一個ServerSocket，在調用read等方法時，它會一直等到數據到來或者緩沖區已滿時才返回。調用accept也是一直阻塞到有客戶端連接才會返回。每個客戶端連接過來后，服務端都會啟動一個線程去處理該客戶端的請求。并且多線程處理多個連接。每個線程擁有自己的棧空間并且占用一些CPU時間。每個線程遇到外部未準備好的時候，都會阻塞掉。阻塞的結果就是會帶來大量的進程上下文切換。
  • 對于NIO，它是非阻塞式，核心類：
    • 1.Buffer為所有的原始類型提供 (Buffer)緩存支持。
    • 2.Charset字符集編碼解碼解決方案
    • 3.Channel一個新的原始I/O抽象，用于讀寫Buffer類型，通道可以認為是一種連接，可以是到特定設備，程序或者是網絡的連接。
• NIO和IO的主要區別？
  • 主要區別

    IO  NIO
    面向流     面向緩沖
    阻塞IO    非阻塞IO
    無   選擇器

  • 面向流與面向緩沖
    • Java IO和NIO之間第一個最大的區別是，IO是面向流的，NIO是面向緩沖區的。JavaIO面向流意味著每次從流中讀一個或多個字節，直至讀取所有字節，它們沒有被緩存在任何地方。此外，它不能前后移動流中的數據。如果需要前后移動從流中讀取的數據，需要先將它緩存到一個緩沖區。JavaNIO的緩沖導向方法略有不同。數據讀取到一個它稍后處理的緩沖區，需要時可在緩沖區中前后移動。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您需要處理的數據。而且，需確保當更多的數據讀入緩沖區時，不要覆蓋緩沖區里尚未處理的數據。
  • 阻塞與非阻塞IO
    • Java IO的各種流是阻塞的。這意味著，當一個線程調用read()或write()時，該線程被阻塞，直到有一些數據被讀取，或數據完全寫入。該線程在此期間不能再干任何事情了。JavaNIO的非阻塞模式，使一個線程從某通道發送請求讀取數據，但是它僅能得到目前可用的數據，如果目前沒有數據可用時，就什么都不會獲取，而不是保持線程阻塞，所以直至數據變的可以讀取之前，該線程可以繼續做其他的事情。非阻塞寫也是如此。一個線程請求寫入一些數據到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個線程同時可以去做別的事情。線程通常將非阻塞IO的空閑時間用于在其它通道上執行IO操作，所以一個單獨的線程現在可以管理多個輸入和輸出通道（channel）。
  • 選擇器
    • 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，然后使用一個單獨的線程來“選擇”通道：這些通道里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。
• NIO和IO如何影響應用程序的設計?
  • 無論您選擇IO或NIO工具箱，可能會影響您應用程序設計的以下幾個方面：技術博客大總結
    • 1.對NIO或IO類的API調用。
    • 2.數據處理。
    • 3.用來處理數據的線程數。
  • API調用
    • 當然，使用NIO的API調用時看起來與使用IO時有所不同，但這并不意外，因為并不是僅從一個InputStream逐字節讀取，而是數據必須先讀入緩沖區再處理。
  • 數據處理
    • 使用純粹的NIO設計相較IO設計，數據處理也受到影響。在IO設計中，我們從InputStream或 Reader逐字節讀取數據。
    • 請注意處理狀態由程序執行多久決定。換句話說，一旦reader.readLine()方法返回，你就知道肯定文本行就已讀完， readline()阻塞直到整行讀完，這就是原因。你也知道此行包含名稱；同樣，第二個readline()調用返回的時候，你知道這行包含年齡等。正如你可以看到，該處理程序僅在有新數據讀入時運行，并知道每步的數據是什么。一旦正在運行的線程已處理過讀入的某些數據，該線程不會再回退數據（大多如此）。

4.0.1.1 對字節流進行大量的從硬盤讀取,要用那個流,為什么？

• 對字節流進行大量的從硬盤讀取,要用那個流,為什么？
  • 因為明確說了是對字節流的讀取，所以肯定是inputstream或者他的子類，又因為要大量讀取，肯定要考慮到高效的問題，自然想到緩沖流。技術博客大總結
  • 用BufferedInputStream,原因：BufferedInputStream是InputStream的緩沖流，使用它可以防止每次讀取數據時進行實際的寫操作，代表著使用緩沖區。不帶緩沖的操作，每讀一個字節就要寫入一個字節，由于涉及磁盤的IO操作相比內存的操作要慢很多，所以不帶緩沖的流效率很低。帶緩沖的流，可以一次讀很多字節，但不向磁盤中寫入，只是先放到內存里。等湊夠了緩沖區大小的時候一次性寫入磁盤，這種方式可以減少磁盤操作次數，速度就會提高很多！并且也可以減少對磁盤的損傷。

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