Java中流的概念

java程序通过流来完成输入/输出。流是生产或消费信息的抽象。流通过java的输入/输出与物理设备链接。尽管与它们链接的物理设备不尽相同,所有流的行为具有同样的方式。这样,相同的输入/输出类和方法适用于所有类型的外部设备。这意味着一个输入流能够抽象
多种不同类型的输入:从磁盘文件,从键盘或从网络套接字。同样,一个输出流可以输出到控制台、磁盘文件或相连的网络。流是处理输入/输出的一个洁净的方法,例如它不需要代码理解键盘和网络的不同。java中流的实现是在java.io包定义的类层次结构内部的。

输入/输出流的概念
输入/输出时,数据在通信通道中流动。所谓“数据流(stream)”指的是所有数据通信通道之中,数据的起点和终点。信息的通道就是一个数据流。只要是数据从一个地方“流”到另外一个地方,这种数据流动的通道都可以称为数据流。
输入/输出是相对于程序来说的。程序在使用数据时所扮演的角色有两个:一个是源,一个是目的。
若程序是数据流的源,即数据的提供者,这个数据流对程序来说就是一个“输出数据流”(数据从程序流出)。若程序是数据流的终点,这个数据流对程序而言就是一个“输入数据流”(数据从程序外流向程序)

输入流:所有输入流类都是 InputStream 抽象类(字节输入流)和 Reader 抽象类(字符输入流)的子类。其中 InputStream 类是字节输入流的抽象类,是所有字节输入流的父类,其层次结构如图

《精通并发与Netty》学习笔记(09 - Java中流的概念)-LMLPHP

InputStream 类中所有方法遇到错误时都会引发 IOException 异常。如下是该类中包含的常用方法。
int read():从输入流读入一个 8 字节的数据,将它转换成一个 0~255 的整数,返回一个整数,如果遇到输入流的结尾返回 -1。
int read(byte[] b):从输入流读取若干字节的数据保存到参数 b 指定的字芳数组中,返回的字芾数表示读取的字节数,如果遇到输入流的结尾返回 -1。
int read(byte[] b,int off,int len):从输入流读取若干字节的数据保存到参数 b 指定的字节数组中,其中 off 是指在数组中开始保存数据位置的起始下标,len 是指读取字节的位数。返回的是实际读取的字节数,如果遇到输入流的结尾则返回 -1。
void close():关闭数据流,当完成对数据流的操作之后需要关闭数据流。
int available():返回可以从数据源读取的数据流的位数。
skip(long n):从输入流跳过参数 n 指定的字节数目。
boolean markSupported():判断输入流是否可以重复读取,如果可以就返回 true。
void mark(int readLimit):如果输入流可以被重复读取,从流的当前位置开始设置标记,readLimit 指定可以设置标记的字苟数。
void reset():使输入流重新定位到刚才被标记的位置,这样可以重新读取标记过的数据。

上述最后 3 个方法一般会结合在一起使用,首先使用 markSupported() 判断,如果可以重复读取,则使用 mark(int readLimit) 方法进行标记,标记完成之后可以使用 read() 方法读取标记范围内的字节数,最后使用 reset() 方法使输入流重新定位到标记的位置,继而完成重复读取操作。

Java 中的字符是 Unicode 编码,即双字节的,而 InputerStream 是用来处理单字节的,在处理字符文本时不是很方便。这时可以使用 Java 的文本输入流 Reader 类,该类是字符输入流的抽象类,即所有字输入流的实现都是它的子类。

Reader类的具体层次结构如图下 所示,该类的方法与 InputerSteam 类的方法类似,这里不再介绍。

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输出流:在 Java 中所有输出流类都是 OutputStream 抽象类(字节输出流)和 Writer 抽象类(字符输出流)的子类。其中 OutputStream 类是字节输出流的抽象类,是所有字节输出流的父类,其层次结构如图 

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OutputStream 类是所有字节输出流的超类,用于以二进制的形式将数据写入目标设备,该类是抽象类,不能被实例化。OutputStream 类提供了一系列跟数据输出有关的方法,如下所示。
int write (b):将指定字节的数据写入到输出流。
int write (byte[] b):将指定字节数组的内容写入输出流。
int write (byte[] b,int off,int len):将指定字节数组从 off 位置开始的 len 字芳的内容写入输出流。
close():关闭数据流,当完成对数据流的操作之后需要关闭数据流。
flush():刷新输出流,强行将缓冲区的内容写入输出流。

字符输出流的父类是 Writer,其层次结构如图

《精通并发与Netty》学习笔记(09 - Java中流的概念)-LMLPHP

输入/输出类

  • 在java.io包中提供了60多个类(流)
  • 从功能上分为两大类:输入流和输出流
  • 从流结构上分为字节流(以字节为处理单位或称面向字节)和字符流(以字符为处理单位或称面向字符)

字节流的输入流和输出流基础是InputStream和OutputStream这两个抽象类,字节流的输入输出操作由这两个类的子类实现,字符流是java1.1版后新增加的以字符为单位进行输入输出处理的流,字符流输入输出的基础是抽象类Reader和Writer

  • 字节流,数据的处理以字节为基本单位,每次读写8位二进制数(一个字节)。也称为二进制流。
  • 字符流,用于字符数据的处理,每次读写16位二进制数(两个字节)。
 字节流字符流
输入InputStreamReader
输出OutputStreamWriter

NIO,和传统Io有何区别

    我们使用InputStream从输入流中读取数据时,如果没有读取到有效的数据,程序将在此处阻塞该线程的执行。其实传统的输入里和输出流都是阻塞式的进行输入和输出。 不仅如此,传统的输入流、输出流都是通过字节的移动来处理的(即使我们不直接处理字节流,但底层实现还是依赖于字节处理),也就是说,面向流的输入和输出一次只能处理一个字节,因此面向流的输入和输出系统效率通常不高。 
    从JDk1.4开始,java提供了一系列改进的输入和输出处理的新功能,这些功能被统称为新IO(NIO)。新增了许多用于处理输入和输出的类,这些类都被放在java.nio包及其子包下,并且对原io的很多类都以NIO为基础进行了改写。新增了满足NIO的功能。 
    NIO采用了内存映射对象的方式来处理输入和输出,NIO将文件或者文件的一块区域映射到内存中,这样就可以像访问内存一样来访问文件了。通过这种方式来进行输入/输出比传统的输入和输出要快的多。

JDk1.4使用NIO改写了传统Io后,传统Io的读写速度和NIO差不了太多。下节将详细讨论NIO的知识

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