01--Java IO基础

一、java.io包概览

Java IO包主要可以分为如下4类：

基于字节操作的I/O接口：InputStream和OutputStream。

基于字符操作的I/O接口：Writer和Reader

基于磁盘操作的I/O接口：File。

基于网络操作的I/O接口：Socket（没在IO包下）。

前2种区分I/O操作中数据的格式，后2种主要是数据传输的方式。

二、基于字节的I/O操作

1、 InputStream介绍

InputStream是所有基于字节格式处理读数据的父类，其类层次结构如及大致介绍下：

String data = "你好周杰伦\n快来快来\n顶顶顶顶";
Writer writer =
new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(
new FileOutputStream("output_stream_writer.txt",true),"UTF-8"));
writer.write(data);
System.out.println("write over");
writer.close();

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3. 字节与字符的转化接口

数据持久化或网络传输都是以字节进行的，所以必须有从字符到字节或字节到字符的转化接口，从字符到字节需要转化，其过程为：



InputStreamReader类是从字节到字符的转化的桥梁，从InputStream到Reader要制定编码字符集，否则会用系统某人字符集，很可能出现乱码问题。StreamDecoder是完成从字节到字符解码功能实现类。



FileReader类就是按上述方式读取文件内容的，FileReader继承自InputStreamReader类，实际上是读取文件，然后通过StreamDecoder解码成char，此处用的默认字符编码集。

写入过程类似，



通过OutputStreamWriter类　　完成从字符到字节的编码过程，有StreamEncoder完成编码过程。

四、磁盘I/O机制分析

读取和写入文件需调用操作系统接口，分别对应read和write2个系统调用，而只要是系统调用，就可能存在内核地址空间和用户地址空间转换的问题，因为操作系统需保护自身运行的安全性。

但内核调用时存在数据从内核复制到用户空间的问题，若遇到非常耗时的I/O操作，性能会很差。

因此，操作系统在内核使用缓存机制，以减少I/O相应时间。下面是常见的文件访问方式。

1. 标准文件访问方式

read时，OS检查内核缓存是否有，有则返回缓存，无则从磁盘读取，并缓存。

write时，OS将用户空间数据复制到内核地址缓存，这是对用户程序来说，write已经完成，但写入磁盘的时机由OS决定，除非显示调用sync命令。

2. 直接I/O方式

直接I/O方式指应用程序直接访问磁盘数据，而不经过OS内核缓冲区，目的是为了减少从内核缓冲区到用户空间数据复制的时间，此种方式常用于数据库。

因为数据库明确知道应该缓存哪些数据，且可对热点数据提前预加载到内存，负面影响是若数据不在应用缓存中，则会直接去磁盘操作，此时耗时较多。

因此，直接I/O通常会跟异步I/O结合使用。

3. 同步访问文件的方式

数据写入和读取都是同步的，只有数据成功写到磁盘时才返回写成功，性能较差，用于对数据安全性要求较高的场合，且硬件通常是定制的。

4. 异步访问方式

发出访问数据请求后，线程会接着处理其他事情，而不是堵塞等待，请求数据返回后才处理下面的操作。

此方式明显提高应用程序的效率，但不会改变访问文件的效率。

5. 内存映射方式

将内存和硬盘映射，当访问内存时，转化到访问磁盘，目的是减少内核到用户空间的数据复制，因为此时这2个空间的数据是共享的。

五、 File和FileDescriptor类

1. File类

Java中的File类并不代表一个真实存在的文件对象，当创建一个File对象时，返回代表这个路径的虚拟对象

该路径本身可能是个文件或文件夹，不会检查改路径是否存在。

2. FileDescriptor类

当真正访问文件时，会创建一个关联真实存在的磁盘文件的文件描述符FileDescriptor，通过这个对象可以直接控制磁盘文件。

File对象可以通过getFD方法获取FileDescriptor对象，FileDescriptor.sync()方法将OS缓存数据强制刷新到磁盘中。

六、Java序列化技术

一般会用通用技术存储，如JSON或XML，且尽量存储通用的数据结构。