什么是IO

这里这个I指的是input，而这个O指的则是output，对于IO的认识就是输入输出。在讨论IO的时候，流则是关键中的关键

  • 按数据流向分类
    输入流和输出流

  • 按处理的数据类型分类
    字节流和字符流

    • 字节流
      对于字节流，它是用来操作我们的二进制文件的，因为字节流可以操作的数据是8位，也就是一字节，我们知道1 byte = 8bit，而像一些数字和字母等都是占一个字节，包括平常见到的图片，音视频等，这就可以使用字节流来操作，但是对于中文的话就不能使用字节流了
    • 字符流
      因为一个汉字是占两个字节，那么就是16位，字节流是操作不了的，而字符流则可以操作16位，所以对于文本文件则常用字符流操作了

      IO流的分类

  • 输入流和输出流
    按照流的流向来分，可以分为输入流和输出流。输入，输出都是从程序运行所在内存的角度来划分的。
    输入流：只能从中读取数据，而不能向其写入数据，由InputStream和Reader作为基类。
    输出流：只能向其写入数据，而不能从中读取数据。由OutputStream和Writer作为基类

  • 字节流和字符流
    字节流和字符流的用法几乎完全一样，区别在于字节流和字符流所操作的数据单元不同。
    字节流操作的数据单元是8位字节，由InputStream和OutputStream作为基类。
    字符流操作的数据单元是16位的字符，由Reader和Writer作为基类(提供了转换流)

  • 节点流和处理流
    按照流的角色来分，可以分为节点流和处理流。
    节点流：可以从向一个特定的IO设备（如磁盘、网络）读/写数据的流。也被称为低级流。
    处理流：用于对一个已存在的流进行连接或封装，通过封装后的流来实现数据读/写功能。也称为高级流

    AIO/NIO/BIO

    AIO （NIO2）是彻底的异步非阻塞。NIO （I/O多路复用）是同步非阻塞通信。BIO 是同步阻塞。
    假设有这么一个场景，有一排水壶（客户）在烧水。同步说的是线程同步，阻塞说的是水壶阻塞。
    AIO的做法是，每个水壶上装一个开关，当水开了以后会提醒对应的线程去处理。
    NIO的做法是，叫一个线程不停的循环观察每一个水壶，根据每个水壶当前的状态去处理。
    BIO的做法是，叫一个线程停留在一个水壶那，直到这个水壶烧开，才去处理下一个水壶。
    BIO、NIO、AIO适用场景分析:

  • BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。

  • NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持。

  • AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

    NIO 同步非阻塞

    NIO将多个IO的阻塞复用到同一个select的阻塞上，从而使得系统在单线程的情况下处理多个客户端请求。
    NIO三个核心对象：通道(Channel)、缓冲区(Buffer)和选择器(Selector)
    具体说就是Selector会不断轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上有新的TCP连接，读或者写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectorKey可以获取就绪Channel的集合，进行后续I/O操作。
    select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

    select

    在发生网络IO请求的时候，select只能仅仅知道发生了IO请求，但是它不知道是哪个网络连接发生的，所以它只能通过遍历所有的流，找到发生IO事件的流，然后进行后续的操作。所以处理的流越多，遍历的时间越长。
    select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。这样所带来的缺点是：

  • 单个进程所打开的FD是有限制的，通过 FD_SETSIZE 设置，默认1024 ;

    poll

    poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态， 但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。
    它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的，但是同样有缺点：

  • 每次调用 poll ，都需要把 fd 集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在 fd 很多时会很大；

  • 对 socket 扫描是线性扫描，采用轮询的方法，效率较低（高并发时）

    epoll

    epoll 可以理解为 event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll 会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。所以我们说epoll实际上是事件驱动（每个事件关联上fd）的，此时我们对这些流的操作都是有意义的。（复杂度降低到了O(1)）

    序列化

    序列化的原本意图是希望对一个Java对象作一下“变换”，变成字节序列，这样一来方便持久化存储到磁盘，避免程序运行结束后对象就从内存里消失，另外变换成字节序列也更便于网络运输和传播，所以概念上很好理解：

  • 序列化：把Java对象转换为字节序列。

  • 反序列化：把字节序列恢复为原先的Java对象。

    什么时候进行序列化

  • 当你想把内存中的对象写入到硬盘时

  • 当你想用套接字在网络上传输对象时

  • 当你想通过RMI调用对象时（RMI是什么东西？）：RMI总结来说就是远程调用对象，在一个jvm上调用另一个jvm的对象。

    序列化需要注意的事项

  • 序列化只保存对象的状态，而不管对象的方法。被static修饰的字段是不会被序列化的

  • 凡是被transient修饰符修饰的字段也是不会被序列化的
  • 当一个父类实现了序列化，它的子类也自动实现序列化，不用显示进行实现了。

  • 当一个实例对象引用其他对象，当序列化该对象时也把引用的对象进行了实例化，利用对象序列化可以进行对象的”深复制”。

    String、StringBuffer、StringBuilder

    String的值是不可变的，这就导致每次对String的操作都会生成新的String对象
    如果要操作少量的数据用 String；
    多线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 StringBuffer；
    单线程操作字符串缓冲区下操作大量数据 StringBuilder。

    参考资料

  • 死磕Java基础—Java中的I/O流，看这个就够了！

  • Java 转换流(字节流与字符流之间的转换)
  • NIO与IO的区别
  • Java面试总结之AIO与NIO
  • Java序列化有什么作用？序列化与不序列化有什么区别
  • 为什么我不建议你使用Java序列化

https://zhuanlan.zhihu.com/p/272891398
https://blog.csdn.net/weixin_43207025/article/details/110798935
https://blog.csdn.net/m0_45861545/article/details/122469405
https://blog.csdn.net/m0_69650487/article/details/124744973
https://www.likecs.com/show-203480096.html
https://www.csdn.net/tags/MtTakg0sOTQwNTMtYmxvZwO0O0OO0O0O.html