一、 Java IO (Blocking IO)

基本概念

• Java IO 是 Java 平臺提供的用于進行輸入和輸出操作的 API。
• Java IO 基于 流 (Stream) 的模型，數(shù)據(jù)像水流一樣從一個地方流向另一個地方。
• Java IO 主要是 阻塞式 I/O (Blocking I/O)，即線程在執(zhí)行 I/O 操作時會被阻塞，直到操作完成。
• 傳統(tǒng)IO指的是java.io包下的部分組件（File, InputStream, OutputStream, Reader, Writer）。

IO 流的分類

按數(shù)據(jù)傳輸方向：

• 輸入流 (Input Stream)： 用于從數(shù)據(jù)源讀取數(shù)據(jù)（例如，從文件、網(wǎng)絡(luò)連接、鍵盤等）。 以 InputStream 或 Reader 作為基類。
• 輸出流 (Output Stream)： 用于將數(shù)據(jù)寫入到目標（例如，寫入到文件、網(wǎng)絡(luò)連接、控制臺等）。 以 OutputStream 或 Writer 作為基類。

按數(shù)據(jù)傳輸單位：

• 字節(jié)流 (Byte Stream)： 以字節(jié) (8 bits) 為單位進行數(shù)據(jù)傳輸。 以 InputStream 和 OutputStream 作為基類。 適用于處理二進制數(shù)據(jù)（例如，圖片、音頻、視頻等）。
• 字符流 (Character Stream)： 以字符 (16 bits) 為單位進行數(shù)據(jù)傳輸。 以 Reader 和 Writer 作為基類。 適用于處理文本數(shù)據(jù)。

核心類和接口

InputStream (字節(jié)輸入流)：

• FileInputStream: 從文件中讀取字節(jié)。
• ByteArrayInputStream: 從字節(jié)數(shù)組中讀取字節(jié)。
• ObjectInputStream: 從對象流中讀取對象。
• BufferedInputStream: 帶緩沖的字節(jié)輸入流，提高讀取效率。

OutputStream (字節(jié)輸出流)：

• FileOutputStream: 向文件中寫入字節(jié)。
• ByteArrayOutputStream: 向字節(jié)數(shù)組中寫入字節(jié)。
• ObjectOutputStream: 向?qū)ο罅髦袑懭雽ο蟆?/li>
• BufferedOutputStream: 帶緩沖的字節(jié)輸出流，提高寫入效率。

Reader (字符輸入流)：

• FileReader: 從文件中讀取字符。
• CharArrayReader: 從字符數(shù)組中讀取字符。
• BufferedReader: 帶緩沖的字符輸入流，提高讀取效率。
• InputStreamReader: 將字節(jié)輸入流轉(zhuǎn)換為字符輸入流（需要指定字符編碼）。

Writer (字符輸出流)：

• FileWriter: 向文件中寫入字符。
• CharArrayWriter: 向字符數(shù)組中寫入字符。
• BufferedWriter: 帶緩沖的字符輸出流，提高寫入效率。
• OutputStreamWriter: 將字節(jié)輸出流轉(zhuǎn)換為字符輸出流（需要指定字符編碼）。
• File: 表示文件或目錄的抽象表示。

IO 操作流程 (以讀取文件為例)

1. 創(chuàng)建 File 對象： 指定要讀取的文件路徑。
2. 創(chuàng)建 FileInputStream 對象： 將 File 對象作為參數(shù)傳遞給 FileInputStream 的構(gòu)造方法，創(chuàng)建一個 FileInputStream 對象。
3. 創(chuàng)建 BufferedInputStream 對象 (可選)： 將 FileInputStream 對象作為參數(shù)傳遞給 BufferedInputStream 的構(gòu)造方法，創(chuàng)建一個 BufferedInputStream 對象，提高讀取效率。
4. 讀取數(shù)據(jù)： 使用 read() 方法從輸入流中讀取數(shù)據(jù)。
5. 關(guān)閉流： 在完成讀取操作后，務(wù)必關(guān)閉輸入流，釋放資源（先關(guān)閉 BufferedInputStream，再關(guān)閉 FileInputStream）。

代碼示例 (讀取文件內(nèi)容)：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class IOExample {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("test.txt"); // 替換為你的文件路徑

        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) { // 使用 try-with-resources 語句，自動關(guān)閉流

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;

            while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
                // 處理讀取到的數(shù)據(jù)
                String data = new String(buffer, 0, bytesRead);
                System.out.print(data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

二、 Java NIO (Non-blocking IO)

基本概念

• Java NIO 是 Java 1.4 引入的一組新的 I/O API，旨在提供高性能、非阻塞的 I/O 操作。
• NIO 使用 通道 (Channel) 和 緩沖區(qū) (Buffer) 的模型，而不是流。
• NIO 主要是 非阻塞式 I/O (Non-blocking I/O)，即線程在執(zhí)行 I/O 操作時不會被阻塞，而是可以執(zhí)行其他任務(wù)。
• NIO 使用 選擇器 (Selector) 來監(jiān)聽多個通道的事件，實現(xiàn)單線程管理多個連接。

核心組件

通道 (Channel):

• 通道類似于流，但可以進行雙向數(shù)據(jù)傳輸（既可以讀取數(shù)據(jù)，也可以寫入數(shù)據(jù)）。
• 常見的通道：
  • FileChannel: 用于文件 I/O。
  • SocketChannel: 用于 TCP 網(wǎng)絡(luò) I/O (客戶端)。
  • ServerSocketChannel: 用于 TCP 網(wǎng)絡(luò) I/O (服務(wù)器端)。
  • DatagramChannel: 用于 UDP 網(wǎng)絡(luò) I/O。

緩沖區(qū) (Buffer):

• 緩沖區(qū)是用于存儲數(shù)據(jù)的容器，本質(zhì)上是一個字節(jié)數(shù)組 (ByteBuffer) 或字符數(shù)組 (CharBuffer)。
• NIO 使用緩沖區(qū)進行數(shù)據(jù)傳輸，而不是直接從通道讀取數(shù)據(jù)或向通道寫入數(shù)據(jù)。
• 常見的緩沖區(qū)：
  • ByteBuffer: 字節(jié)緩沖區(qū)。
  • CharBuffer: 字符緩沖區(qū)。
  • ShortBuffer: 短整型緩沖區(qū)。
  • IntBuffer: 整型緩沖區(qū)。
  • LongBuffer: 長整型緩沖區(qū)。
  • FloatBuffer: 浮點型緩沖區(qū)。
  • DoubleBuffer: 雙精度浮點型緩沖區(qū)。

選擇器 (Selector):

• 選擇器允許單個線程監(jiān)聽多個通道的事件（例如連接建立、數(shù)據(jù)可讀、數(shù)據(jù)可寫等）。
• 使用選擇器可以避免為每個連接創(chuàng)建一個線程，從而提高并發(fā)性能。

NIO 操作流程 (以讀取 SocketChannel 數(shù)據(jù)為例)

1. 創(chuàng)建 ServerSocketChannel： 監(jiān)聽客戶端連接。
2. 創(chuàng)建 SocketChannel： 接受客戶端連接。
3. 將 SocketChannel 注冊到 Selector： 指定要監(jiān)聽的事件（例如 OP_READ, OP_WRITE, OP_CONNECT, OP_ACCEPT）。
4. 創(chuàng)建 ByteBuffer： 用于存儲讀取到的數(shù)據(jù)。
5. 調(diào)用 selector.select() 方法： 阻塞等待有事件發(fā)生的通道。
6. 獲取就緒的通道： selector.selectedKeys() 返回所有就緒通道的集合。
7. 處理事件： 遍歷就緒通道的集合，根據(jù)不同的事件類型執(zhí)行相應(yīng)的操作（例如讀取數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)）。
8. 讀取數(shù)據(jù)： 調(diào)用 channel.read(buffer) 從通道讀取數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)。
9. 處理緩沖區(qū)數(shù)據(jù)： 從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)并進行處理。
10. 關(guān)閉通道和選擇器： 在完成操作后，務(wù)必關(guān)閉通道和選擇器，釋放資源。

代碼示例 (使用 SocketChannel 讀取數(shù)據(jù))：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class NIOExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 創(chuàng)建 SocketChannel
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("www.example.com", 80));
        socketChannel.configureBlocking(false); // 設(shè)置為非阻塞模式

        // 2. 創(chuàng)建 ByteBuffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 3. 從 Channel 讀取數(shù)據(jù)到 Buffer
        int bytesRead = socketChannel.read(buffer);

        while (bytesRead > 0) {
            // 切換到讀模式
            buffer.flip();

            // 4. 從 Buffer 讀取數(shù)據(jù)
            while (buffer.hasRemaining()) {
                System.out.print((char) buffer.get());
            }

            // 清空 Buffer，準備下一次讀取
            buffer.clear();
            bytesRead = socketChannel.read(buffer);
        }

        socketChannel.close();
    }
}

三、 Java IO 與 NIO 的區(qū)別

四、 選擇哪種 I/O 模式？

• 如果你的應(yīng)用是低并發(fā)、連接數(shù)較少，并且可以接受阻塞，那么 Java IO 仍然是一個不錯的選擇，因為它簡單易用。
• 如果你的應(yīng)用是高并發(fā)、連接數(shù)較多，并且對性能要求很高，那么應(yīng)該使用 Java NIO。
• 一般情況建議直接使用NIO模型，性能更好。

總結(jié)

Java IO 和 NIO 都是 Java 平臺提供的用于進行輸入和輸出操作的 API。

Java IO 基于流的模型，使用簡單但性能較低； Java NIO 基于通道和緩沖區(qū)的模型，提供高性能、非阻塞的 I/O 操作。

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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