java面试系列<4>——IO
面试系列——javaIO
一、概述
java的IO主要分为以下几类：
- 磁盘操作：File
- 字节操作：InputStream 和 OutputStream
- 字符操作：Reader 和 Writer
- 对象操作：Serializable
- 网络操作：Socket
- 新的输入/输出：NIO
二、磁盘操作
File类可以用于表示文件和目录的信息，但是它不代表文件的内容。
递归地列出一个目录下所有文件：
public static void listAllFiles(File dir) {
if (dir == null || !dir.exists()) {
return;
}
if (dir.isFile()) {
System.out.println(dir.getName());
return;
}
for (File file : dir.listFiles()) {
listAllFiles(file);
}
}
从java7开始，可以使用Paths和Files代替File。
三、字节操作
实现文件复制
public static void copyFile(String src, String dist) throws IOException {
FileInputStream in = new FileInputStream(src);
FileOutputStream out = new FileOutputStream(dist);
byte[] buffer = new byte[20 * 1024];
int cnt;
// read() 最多读取 buffer.length 个字节
// 返回的是实际读取的个数
// 返回 -1 的时候表示读到 eof，即文件尾
while ((cnt = in.read(buffer, 0, buffer.length)) != -1) {
out.write(buffer, 0, cnt);
}
in.close();
out.close();
}
装饰者模式
javaIO使用了装饰者模式来实现。以InpuStream为例：
- InputStream 是抽象组件；
- FileInputStream 是 InputStream 的子类，属于具体组件，提供了字节流的输入操作；
- FilterInputStream 属于抽象装饰者，装饰者用于装饰组件，为组件提供额外的功能。例如 BufferedInputStream 为 FileInputStream 提供缓存的功能。
{{uploading-image-591116.png(uploading…)}}
实 例化一个具有缓存功能的字节流对象时，只需要在 FileInputStream 对象上再套一层 BufferedInputStream 对象即可。
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(filePath);
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);
DataInputStream 装饰者提供了对更多数据类型进行输入的操作，比如 int、double 等基本类型。
四、字符操作
编码与解码
编码就是把字符转为字节，而解码就是把字节重新组合成字符。
如果编码和解码过程使用不同的编码方式那么就出现了乱码。
- GBK 编码中，中文字符占 2 个字节，英文字符占 1 个字节；
- UTF-8 编码中，中文字符占 3 个字节，英文字符占 1 个字节；
- UTF-16be 编码中，中文字符和英文字符都占 2 个字节。
UTF-16be 中的 be 指的是 Big Endian，也就是大端。相应地也有 UTF-16le，le 指的是 Little Endian，也就是小端。
Java 的内存编码使用双字节编码 UTF-16be，这不是指 Java 只支持这一种编码方式，而是说 char 这种类型使用 UTF-16be 进行编码。char 类型占 16 位，也就是两个字节，Java 使用这种双字节编码是为了让一个中文或者一个英文都能使用一个 char 来存储。
String str1 = "中文";
byte[] bytes = str1.getBytes("UTF-8");
String str2 = new String(bytes, "UTF-8");
System.out.println(str2);
在调用无参数 getBytes() 方法时，默认的编码方式不是 UTF-16be。双字节编码的好处是可以使用一个 char 存储中文和英文，而将 String 转为 bytes[] 字节数组就不再需要这个好处，因此也就不再需要双字节编码。getBytes() 的默认编码方式与平台有关，一般为 UTF-8。
byte[] bytes = str1.getBytes();
Reader 与 Writer
不管是磁盘还是网络传输，最小的存储单元都是字节，而不是字符。但是在程序中操作的通常是字符形式的数据，因此需要提供对字符进行操作的方法。
- InputStreamReader 实现从字节流解码成字符流；
- OutputStreamWriter 实现字符流编码成为字节流。
实现逐行输出文本文件的内容
public static void readFileContent(String filePath) throws IOException {
FileReader fileReader = new FileReader(filePath);
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fileReader);
String line;
while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
// 装饰者模式使得 BufferedReader 组合了一个 Reader 对象
// 在调用 BufferedReader 的 close() 方法时会去调用 Reader 的 close() 方法
// 因此只要一个 close() 调用即可
bufferedReader.close();
}
五、对象操作
序列化
序列化就是将一个对象转换成字节序列，方便存储和传输。
- 序列化：ObjectOutputStream.writeObject()
- 反序列化：ObjectInputStream.readObject()
不会对静态变量进行序列化，因为序列化只是保存对象的状态，静态变量属于类的状态。
Serializable
序列化的类需要实现 Serializable 接口，它只是一个标准，没有任何方法需要实现，但是如果不去实现它的话而进行序列化，会抛出异常。
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
A a1 = new A(123, "abc");
String objectFile = "file/a1";
ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(objectFile));
objectOutputStream.writeObject(a1);
objectOutputStream.close();
ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(objectFile));
A a2 = (A) objectInputStream.readObject();
objectInputStream.close();
System.out.println(a2);
}
private static class A implements Serializable {
private int x;
private String y;
A(int x, String y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
@Override
public String toString() {
return "x = " + x + " " + "y = " + y;
}
}
transient
transient 关键字可以使一些属性不会被序列化。
ArrayList 中存储数据的数组 elementData 是用 transient 修饰的，因为这个数组是动态扩展的，并不是所有的空间都被使用，因此就不需要所有的内容都被序列化。通过重写序列化和反序列化方法，使得可以只序列化数组中有内容的那部分数据。
private transient Object[] elementData;
六、网络操作
java中的网络支持：
- InetAddress:用于表示网络上的硬件资源，即IP地址
- URL：统一资源定位符
- Socke：使用TCP协议实现网络通信
- Datagram：使用UDP协议实现网络通信
InetAddress
没有公有的构造函数，只能通过静态方法来创建实例。
InetAddress.getByName(String host);
InetAddress.getByAddress(byte[] address);
URL
可以直接从URL中读取字节流数据。
public static void main(String[] args) throws IOException {
URL url = new URL("//www.baidu.com");
/* 字节流 */
InputStream is = url.openStream();
/* 字符流 */
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");
/* 提供缓存功能 */
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
String line;
while ((line = br.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
br.close();
}
Sockets
- ServerSocket:服务端类
- Socket：客户端类
- 服务器和客户端通过InputStream和OutputStream进行输入输出
Datagram
- DatagramSocket：通信类
- DatagramPacket：数据包类
七、NIO
新的输入/输出（NIO）库时在jdk1.4中引入的，弥补了原来的IO的不足，提供了高速 的、面向块的IO。
流与块
IO与NIO最重要的区别是数据打包和传输的方式，IO以流的方式处理数据，而NIO以块的方式处理数据。
面向流的IO一次处理一个字节数据：一个输入流产生一个字节数据，一个输出流消费一个字节数据。为流式数据创建过滤器非常容易，链接几个过滤器，以便每个过滤器只负责复杂处理机制的一部分。不利的一面是，面向流的IO通常相当慢。
面向块的IO一次处理一个数据块，按块处理数据比按流处理数据要快得多。但是面向块的IO缺少一些面向流的IO所具有的优雅性和简单性。
通道与缓冲区
1、通道
通道Channel是对原IO包中的流的模拟，可以通过它读取和写入数据。
通道与流的不同之处在于，流只能在一个方向上流动感（一个流必须是inputStream或者OutputStream的子类）而通道是双向的，可以用于读、写或者同时用于读写。
通道包含以下类型：
- FileChannel：从文件中读取数据
- DatagramChannel：通过UDP读写网络中数据
- SocketChannel：通过TCP读写网络中数据
- ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel
2. 缓冲区
发送给一个通道的所有数据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先读到缓冲区中。也就是说，不会直接对通道进行读写数据，而是要先经过缓冲区。
缓冲区实质上是一个数组，但它不仅仅是一个数组。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。
缓冲区包括以下类型：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- ShortBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- FloatBuffer
- DoubleBuffer
3、选择器
NIO常常被叫做非阻塞IO，主要是因为NIO在网络通信中的非阻塞特性被广泛使用。NIO实现了IO多路复用的Reactor模型，一个线程Thread使用一个选择器Selector通过轮询的方式去监听多个通道Channel的事件，从而让一个线程就可以处理多个事件。（而IO在网络通信中，每当有一个socket连上，就开启一个线程，线程的创建和销毁是需要开销的，因此NIO的多路复用能够减少开销） 因此使用一个线程来处理多个事件而不是一个线程处理一个事件，对于 IO 密集型的应用具有很好地性能。
对比
NIO与普通IO的区别主要有以下两点：
- NIO是非阻塞的
- NIO面向块，IO面向流
