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2024-09-16 18:21:07 0 举报AI智能生成
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4、JavaIO
基础IO
1、如何从数据传输理解IO流？
分两类：可将IO流分两类，字节流和字符流
字节字符转换：
这张图展示了 Java 中的字节流和字符流的概念，以及它们如何与输入源和输出接收器进行交互。以下是对图中各部分的详细解释：
### 1. 字符流与字节流
- **字符流（Character Streams）**：
- 使用 `Reader` 和 `Writer` 类处理字符数据。
- 每个字符占用 16 位（`char`），通常用于处理文本数据。
- 适合于读取和写入字符数据，例如文本文件。
- **字节流（Byte Streams）**：
- 使用 `InputStream` 和 `OutputStream` 类处理字节数据。
- 每个字节占用 8 位（`byte`），适合于处理二进制数据（如图片、音频等）。
### 2. 内部数据格式
- **文本格式（char）**：使用 UCS-2 编码。
- **其他数据格式**：包括整数（int）、浮点数（float）、双精度数（double）等。
### 3. 输入源与输出接收器
- **输入源（Input Source）**：
- 可以是键盘、文件、网络或其他程序。
- 数据通过输入流读取。
- **输出接收器（Output Sink）**：
- 可以是控制台、文件、网络或其他程序。
- 数据通过输出流写入。
### 4. 外部数据格式
- **文本的多种编码**：支持多种文本编码格式，如：
- US-ASCII
- ISO-8859-1
- UCS-2
- UTF-8
- UTF-16
- UTF-16BE
- UTF-16LE
- **二进制数据**：原始字节数据。
### 总结
这张图形象地展示了 Java 中如何处理字符和字节流，强调了两者的区别以及它们在输入和输出操作中的作用。字符流主要用于处理文本，而字节流则适合处理任意类型的二进制数据。理解这些概念对于进行文件操作和网络通信等任务非常重要。
### 1. 字符流与字节流
- **字符流（Character Streams）**：
- 使用 `Reader` 和 `Writer` 类处理字符数据。
- 每个字符占用 16 位（`char`），通常用于处理文本数据。
- 适合于读取和写入字符数据，例如文本文件。
- **字节流（Byte Streams）**：
- 使用 `InputStream` 和 `OutputStream` 类处理字节数据。
- 每个字节占用 8 位（`byte`），适合于处理二进制数据（如图片、音频等）。
### 2. 内部数据格式
- **文本格式（char）**：使用 UCS-2 编码。
- **其他数据格式**：包括整数（int）、浮点数（float）、双精度数（double）等。
### 3. 输入源与输出接收器
- **输入源（Input Source）**：
- 可以是键盘、文件、网络或其他程序。
- 数据通过输入流读取。
- **输出接收器（Output Sink）**：
- 可以是控制台、文件、网络或其他程序。
- 数据通过输出流写入。
### 4. 外部数据格式
- **文本的多种编码**：支持多种文本编码格式，如：
- US-ASCII
- ISO-8859-1
- UCS-2
- UTF-8
- UTF-16
- UTF-16BE
- UTF-16LE
- **二进制数据**：原始字节数据。
### 总结
这张图形象地展示了 Java 中如何处理字符和字节流，强调了两者的区别以及它们在输入和输出操作中的作用。字符流主要用于处理文本，而字节流则适合处理任意类型的二进制数据。理解这些概念对于进行文件操作和网络通信等任务非常重要。
字节流byte：就是读取单个字节，用来处理二进制文件（图片、音频、视频文件）
InputStream
ByteArrayInputStream
PipedInputStream
FilterInputStream
BufferedInputStream
DataInputStream
FileInputStream
DataInputStream
OutputStream
ByteArrayOutputStream
PipedOutputStream
FiterOutputStream
BufferedOutputStream
DataOutputStream
PrintStream
FilterOutputStream
ObjectOutputStream
字符流character：读取单个字符，处理文本文件
一个字符根据编码格式的不同，对应的字节数也不同，UTF-8编码中文汉字是3个字节，GBK编码的中文汉字是2个字节
可以将文本文件看做特殊的二进制文件，使用了某种编码，人可以阅读的
一个字符根据编码格式的不同，对应的字节数也不同，UTF-8编码中文汉字是3个字节，GBK编码的中文汉字是2个字节
可以将文本文件看做特殊的二进制文件，使用了某种编码，人可以阅读的
Reader
CharArrayReader
PipedReader
FilterReader
BufferedReader
InputStreamReader
FileReader
Writer
CharArrayWriter
PipedWriter
FilterWriter
BufferedWriter
OutputStreamWriter
FileWriter
PrintWriter
2、如何从数据操作上理解数据流？
从数据来源或者是操作对象的角度来看，IO类可以分为
从数据来源或者是操作对象的角度来看，IO类可以分为
文件（file）
FilterInputStream
FileOutputtream
FileReader
FilrWriter
数组[]
ByteArrayInputStream
ByteArrayOutputStream
CharArrayReader
CharArrayWriter
管道操作
PipedInputStream
PipedOutputStream
PipedReader
PipedWriter
基本数据类型
DataInputerStream
DataOutputStream
缓冲操作
BufferedInputStream
BufferedOutputStream
BufferedReader
BufferedWriter
打印
PrintStream
PirntWrite
对象序列化反序列化
ObjectInputStream
ObjectOutputStream
转换
InputStreamReader
OutputStreamWriter
3、IO设计上使用了什么设计模式？
装饰者设计模式：就是把装饰者套在被装饰者之上
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(filePath);
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);
4、五种IO模型
什么是阻塞？什么是同步？
阻塞IO和非阻塞IO
这两个是程序级别的问题，当操作系统没有IO资源的时候，非阻塞IO就一直轮训，直到有了IO资源为止
而阻塞IO则是陷入等待
等待的IO何时会被唤醒？
1、别的IO操作完成时当前的会被唤醒2、若设置了超时时间，那么等待时间超时了也会被唤醒3、被其他线程或者尾部事件中断的时候也会被唤醒
等待的IO如何被唤醒？
唤醒机制通常依赖于操作系统和底层IO，1、内核通知：当IO操作完成的时候内核会将相关事件标记为可用2、调度器唤醒：等待超时的IO，会被操作系统的调度器从等待队列转移到就绪队列中，准备再次调度该线程3、上下文切换：当cup空闲时调度器会选择该线程执行，对之前未执行完的线程进行上下文的记录
而阻塞IO则是陷入等待
等待的IO何时会被唤醒？
1、别的IO操作完成时当前的会被唤醒2、若设置了超时时间，那么等待时间超时了也会被唤醒3、被其他线程或者尾部事件中断的时候也会被唤醒
等待的IO如何被唤醒？
唤醒机制通常依赖于操作系统和底层IO，1、内核通知：当IO操作完成的时候内核会将相关事件标记为可用2、调度器唤醒：等待超时的IO，会被操作系统的调度器从等待队列转移到就绪队列中，准备再次调度该线程3、上下文切换：当cup空闲时调度器会选择该线程执行，对之前未执行完的线程进行上下文的记录
同步IO和非同步IO
是操作系统级别的概念
当IO资源不足时，同步IO进行等待，直到IO资源足够后在进行执行；非同步IO的程序则不用等待，返回一个标记（让操作系统直到以后返回的数据该往哪里通知），当IO准备好以后再用事件机制返回给程序
当IO资源不足时，同步IO进行等待，直到IO资源足够后在进行执行；非同步IO的程序则不用等待，返回一个标记（让操作系统直到以后返回的数据该往哪里通知），当IO准备好以后再用事件机制返回给程序
什么是Linux的IO模型？
是指Linux系统中处理IO操作的不同方式方法
网络IO操作的本质是socket的读取，socket在Linux系统中被抽象为流，IO可以理解为对流的操作
网络IO操作的本质是socket的读取，socket在Linux系统中被抽象为流，IO可以理解为对流的操作
1. 阻塞 IO（Blocking IO）
描述：在阻塞 IO 模型中，当应用程序发起一个 IO 操作时，如果数据不可用，调用会被阻塞，直到数据准备好。
特点：
简单易用，编程模型直观。
线程在等待 IO 操作完成时会被挂起，无法执行其他任务。
适用场景：适合简单的应用程序或对性能要求不高的场景。
2. 非阻塞 IO（Non-blocking IO）
描述：在非阻塞 IO 模型中，IO 操作立即返回，如果数据不可用，返回一个错误而不是阻塞。
特点：
应用程序可以在等待 IO 操作的同时执行其他任务。
需要使用循环（polling）来检查数据是否可用。
适用场景：适合需要高并发和响应性的应用程序，如网络服务器。
3. IO 多路复用（IO Multiplexing）
描述：通过使用 select、poll 或 epoll 等系统调用，应用程序可以同时监视多个 IO 描述符。当某个描述符准备好进行 IO 操作时，操作系统会通知应用程序。
特点：
允许单个线程处理多个连接，节省线程资源。
适合高并发场景。
适用场景：通常用于网络服务器和高性能应用程序。
4. 信号驱动 IO（Signal-driven IO）
描述：应用程序可以注册一个信号处理程序，当 IO 操作准备好时，内核会发送一个信号通知应用程序。
特点：
结合了非阻塞 IO 和信号机制。
适合需要异步处理的场景。
适用场景：适合需要异步通知的应用程序。
5. 异步 IO（Asynchronous IO）
描述：在异步 IO 模型中，应用程序发起 IO 操作后，立即返回并继续执行，而不需要等待 IO 操作完成。完成后，应用程序会接收到通知。
特点：
提高了程序的并发处理能力。
复杂性较高，需要管理回调或使用其他机制来处理完成通知。
适用场景：适合高性能和高并发的应用程序，如数据库和大规模网络服务。
描述：在阻塞 IO 模型中，当应用程序发起一个 IO 操作时，如果数据不可用，调用会被阻塞，直到数据准备好。
特点：
简单易用，编程模型直观。
线程在等待 IO 操作完成时会被挂起，无法执行其他任务。
适用场景：适合简单的应用程序或对性能要求不高的场景。
2. 非阻塞 IO（Non-blocking IO）
描述：在非阻塞 IO 模型中，IO 操作立即返回，如果数据不可用，返回一个错误而不是阻塞。
特点：
应用程序可以在等待 IO 操作的同时执行其他任务。
需要使用循环（polling）来检查数据是否可用。
适用场景：适合需要高并发和响应性的应用程序，如网络服务器。
3. IO 多路复用（IO Multiplexing）
描述：通过使用 select、poll 或 epoll 等系统调用，应用程序可以同时监视多个 IO 描述符。当某个描述符准备好进行 IO 操作时，操作系统会通知应用程序。
特点：
允许单个线程处理多个连接，节省线程资源。
适合高并发场景。
适用场景：通常用于网络服务器和高性能应用程序。
4. 信号驱动 IO（Signal-driven IO）
描述：应用程序可以注册一个信号处理程序，当 IO 操作准备好时，内核会发送一个信号通知应用程序。
特点：
结合了非阻塞 IO 和信号机制。
适合需要异步处理的场景。
适用场景：适合需要异步通知的应用程序。
5. 异步 IO（Asynchronous IO）
描述：在异步 IO 模型中，应用程序发起 IO 操作后，立即返回并继续执行，而不需要等待 IO 操作完成。完成后，应用程序会接收到通知。
特点：
提高了程序的并发处理能力。
复杂性较高，需要管理回调或使用其他机制来处理完成通知。
适用场景：适合高性能和高并发的应用程序，如数据库和大规模网络服务。
五种IO模型
什么是异步IO
什么是信号驱动IO？
什么是多路复用IO？
有哪些多路复用IO？
什么是同步非阻塞IO？
什么是同步阻塞IO？
什么是Reactor模型？
什么是JavaNIO？
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