JAVA基础--db19_javaIO流缓冲区

本文详细介绍了如何使用Java进行文件复制,包括字符流和字节流的方式,并深入探讨了缓冲区的应用及其对性能的影响。

复制:其实就是先读后写

public classHelloWorld {

   public static voidmain(String[] args) throws IOException{

      FileReader fr = newFileReader("C:\\QcOSD.txt");

      FileWriter fw = newFileWriter("D:\\demo.txt");

//    char[] buf = new char[1024];

      int len = 0;

      while ((len=fr.read())!=-1){

         fw.write(len);

      }

      fw.close();

      fr.close();

   }

}

上面是一个一个读的,下面按数组读:

public classHelloWorld {

   public static voidmain(String[] args){

      FileReader fr = null;

      FileWriter fw = null;

      try {

         fr = newFileReader("C:\\QcOSD.txt");

         //写的文件有就覆盖,没有就创建

         fw = newFileWriter("D:\\demo.txt");

         //创建一个缓存容器,用来缓存读取到的字符

         char[] buf = new char[1024];

         //定义一个变量记录读取到的字符数,其实就是数组里的字符个数

         int len = 0;

         while((len=fr.read(buf))!=-1){

            fw.write(buf, 0, len);

         }

      } catch(Exception e) {

         throw newRuntimeException("错了");

      } finally{

         if(fw!=null)

            try {

                fw.close();

            } catch(IOException e) {

                e.printStackTrace();

            }

         if(fr!=null)

         try {

            fr.close();

         } catch(IOException e) {

            e.printStackTrace();

         }

      }

   }

}

复制原理图:


字符流缓冲区:

 

public classHelloWorld {

  

   private static final String LINE_SEPARATOR = System.lineSeparator();

 

   public static voidmain(String[] args) throws IOException{

      FileWriter fw = newFileWriter("d:\\demo.txt");

      //关联缓冲区

      BufferedWriter bufw = newBufferedWriter(fw);

      bufw.write("asdf"+LINE_SEPARATOR+"ghjkl");

      bufw.write("xixixixi");

      //缓冲区自带的换行方法newline()

      bufw.newLine();

      bufw.write("hahahahh");

      //缓冲区关的时候,fw也自动关掉了,缓冲区只是提高效率,底层关的是fw

      bufw.close();

   }

}

上面是写,下面是读:

public classHelloWorld {

  

   private static final String LINE_SEPARATOR = System.lineSeparator();

 

   public static voidmain(String[] args) throws IOException{

      FileReader fr = newFileReader("c:\\QcOSD.txt");

      //他有一个特殊的方法,一次读取一行

      BufferedReader bufw = newBufferedReader(fr);

      String line = null;

      while((line=bufw.readLine())!=null){

         System.out.println(line);

      }

   }

}

装饰设计模式:类似装修,就是将一个事物的外观改变,实质没变

Buffer就是用装饰设计模式设计出来的

下3图为装饰事例:


----

package db_01;

//这个类是为了增强person而出现的

public class NewPerson{

   //增强他,所以肯定有Person

   private Person p;

   NewPerson(Person p){

      this.p = p;

   }

   public void chifan(){

      System.out.println("开胃酒");

      p.chifan();

      System.out.println("甜点");

   }

}

----

package db_01;

 

public class Person {

   Person(){}

   void chifan(){

      System.out.println("吃饭");

   }

}

 

----

运行结果:


----

 

装饰和缓冲区的区别:


这里的text和media仅仅是例子,不真实存在

继承:


装饰:


Buffered的一个装饰子类:LineNumberReader


字节流:

字节流的数组用的是byte[]   字节流用的是char[]


FileInputStream有一个特殊的方法available(),这个方法可以返回数据的长度

此方法只适应于小文件,不适应于大文件

字节流操作媒体文件练习:

方式一:

public classHelloWorld {

   public static voidmain(String[] args) throws IOException{

      String str = "F:\\photo\\0.png";

      String str1 = "F:\\photo\\00.png";

      FileInputStream fis = newFileInputStream(str);

      FileOutputStream fos = newFileOutputStream(str1);

      byte[] buf = new byte[1024];

      int len = 0;

      while ((len=fis.read(buf))!=-1) {

         fos.write(buf, 0, len);

      }

      fos.close();

      fis.close();

   }

}

 

方式二:

public classHelloWorld {

   public static voidmain(String[] args) throws IOException{

      String str = "F:\\photo\\0.png";

      String str1 = "F:\\photo\\00.png";

      FileInputStream fis = newFileInputStream(str);

      BufferedInputStream bufis = newBufferedInputStream(fis);

      FileOutputStream fos = newFileOutputStream(str1);

      BufferedOutputStream bufos =newBufferedOutputStream(fos);

      byte[] buf = new byte[1024];

      int len = 0;

      while ((len=bufis.read(buf))!=-1) {

         bufos.write(buf, 0, len);

         //缓冲区的刷新是复写过的,所以有用

         bufos.flush();

      }

      bufos.close();

      bufis.close();

   }

}

这些文本,音乐,图片都可以说是文件,所以都是filexxx类

 

 

 

多源动态最优潮流的分布鲁棒优化方法(IEEE118节点)(Matlab代码实现)内容概要:本文介绍了基于Matlab代码实现的多源动态最优潮流的分布鲁棒优化方法,适用于IEEE118节点电力系统。该方法结合两阶段鲁棒模型与确定性模型,旨在应对电力系统中多源不确定性(如可再生能源出力波动、负荷变化等),提升系统运行的安全性与经济性。文档还列举了大量相关的电力系统优化研究案例,涵盖微电网调度、电动汽车集群并网、需求响应、配电网重构等多个方向,并提供了YALMIP等工具包的网盘下载链接,支持科研复现与进一步开发。整体内容聚焦于电力系统建模、优化算法应用及鲁棒性分析。; 适合人群:具备电力系统基础知识和Matlab编程能力的研究生、科研人员及从事能源系统优化的工程技术人员;熟悉优化建模(如鲁棒优化、分布鲁棒优化)者更佳。; 使用场景及目标:①开展电力系统动态最优潮流研究,特别是含高比例可再生能源的场景;②学习和复现分布鲁棒优化在IEEE118等标准测试系统上的应用;③进行科研项目开发、论文复现或算法比较实验;④获取相关Matlab代码资源与仿真工具支持。; 阅读建议:建议按文档结构逐步浏览,重点关注模型构建思路与代码实现逻辑,结合提供的网盘资源下载必要工具包(如YALMIP),并在Matlab环境中调试运行示例代码,以加深对分布鲁棒优化方法的理解与应用能力。
<think>我们正在讨论Java并发编程中资源限制的挑战。资源限制指的是在并发编程中,程序的执行速度受限于硬件(如CPU、内存、网络带宽)或软件(如数据库连接数、套接字数量)资源。当资源不足时,增加线程数量并不能提高性能,反而可能导致性能下降(如过多的线程切换开销)或资源耗尽(如内存溢出)。 根据引用[1]和引用[4],我们可以从以下几个方面应对资源限制的挑战: 1. **硬件资源限制**: - **增加资源**:通过升级硬件(如更多CPU核心、更大内存)或增加服务器(分布式)来缓解。 - **优化资源使用**:通过合理设置线程池参数(如线程数)避免过度使用资源。例如,对于CPU密集型任务,线程数不宜超过CPU核心数太多;对于IO密集型任务,可以适当增加线程数(因为线程在等待IO时不会占用CPU)。 2. **软件资源限制**: - **资源池化**:使用连接池(如数据库连接池、线程池)来复用资源,避免频繁创建和销毁资源带来的开销。 - **限制并发数**:通过信号量(Semaphore)等机制限制同时访问某一资源的线程数量,防止资源被耗尽。 3. **减少上下文切换**(引用[4]): - **无锁并发编程**:例如使用线程本地存储(ThreadLocal)、避免使用锁,或者使用无锁数据结构(如Java的ConcurrentLinkedQueue)。 - **CAS算法**:使用原子类(如AtomicInteger)来避免锁的使用,从而减少上下文切换。 - **使用最少线程**:避免创建过多的线程,使用线程池来控制线程数量。 - **协程**:在Java中,可以使用协程库(如Quasar)或者使用虚拟线程(Java 19+的Project Loom)来在少量系统线程上运行大量并发任务,减少上下文切换。 4. **优化算法和数据结构**: - 选择适合并发的数据结构和算法,例如使用分段锁(如ConcurrentHashMap)来减少锁的竞争。 5. **资源限制的监控与调整**: - 使用监控工具(如JConsole、VisualVM)来观察系统资源使用情况,根据实际情况调整并发策略。 具体到代码层面,我们可以: - 对于CPU密集型任务,设置线程池大小为CPU核心数+1: ```java int corePoolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1; ``` - 对于IO密集型任务,可以设置更大的线程池,但需要根据实际IO等待时间调整。公式参考: $$corePoolSize = N_{cpu} \times (1 + \frac{WT}{ST})$$ 其中$WT$是线程等待时间,$ST$是线程运行时间。 - 使用资源池(如数据库连接池)时,合理配置最大连接数,避免连接数过多导致数据库资源耗尽。 - 使用信号量控制对资源的访问: ```java Semaphore semaphore = new Semaphore(10); // 允许10个线程同时访问 try { semaphore.acquire(); // 访问资源 } finally { semaphore.release(); } ``` - 使用无锁数据结构,例如: ```java AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0); counter.incrementAndGet(); // 无锁的原子操作 ``` 总结:应对资源限制的关键在于合理利用资源(避免浪费)和优化并发策略(减少竞争和切换)。同时,监控和调优是持续的过程。 相关问题: 1. 如何确定Java程序中的资源限制瓶颈? 2. 无锁编程在Java中是如何实现的?有哪些常见的数据结构? 3. 如何通过监控工具(如JConsole)来观察Java程序的资源使用情况? 4. 在分布式系统中,如何应对资源限制的挑战? 5. Java虚拟线程(协程)是如何解决资源限制问题的?</think>### Java并发编程中应对资源限制的挑战 资源限制是并发编程的核心挑战之一,指硬件(CPU、内存、网络带宽)或软件(数据库连接、文件句柄)资源不足导致并发性能无法线性提升的问题。以下是系统化的解决方案: --- #### 1. **资源识别与分类** 首先明确资源瓶颈类型: ```mermaid graph LR A[资源限制] --> B[硬件资源] A --> C[软件资源] B --> B1(CPU核心数) B --> B2(内存容量) B --> B3(网络带宽) C --> C1(数据库连接) C --> C2(文件描述符) C --> C3(线程栈大小) ``` --- #### 2. **硬件资源限制解决方案** ##### (1) **CPU限制** - **线程池优化** 使用公式精确设置线程数: $$N_{threads} = N_{cpu} \times U_{cpu} \times (1 + \frac{W}{C})$$ 其中: - $N_{cpu}$:CPU核心数(`Runtime.getRuntime().availableProcessors()`) - $U_{cpu}$:目标CPU利用率(通常0.7-0.9) - $\frac{W}{C}$:等待时间与计算时间的比率 - **协程替代**(Java 19+) 使用虚拟线程减少上下文切换: ```java try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) { executor.submit(() -> processTask()); // 创建轻量级虚拟线程 } ``` ##### (2) **内存限制** - **对象池化技术** 复用对象减少GC压力: ```java private static final ObjectPool<Buffer> pool = new GenericObjectPool<>( new BasePooledObjectFactory<>() { @Override public Buffer create() { return new Buffer(1024); } } ); // 使用 Buffer buf = pool.borrowObject(); try { /* 操作 */ } finally { pool.returnObject(buf); } ``` - **堆外内存管理** 使用`ByteBuffer.allocateDirect()`减少堆内存压力 --- #### 3. **软件资源限制解决方案** ##### (1) **连接资源限制** - **连接池化**(如HikariCP) ```java HikariConfig config = new HikariConfig(); config.setMaximumPoolSize(20); // 根据DB承受能力设置 config.setConnectionTimeout(3000); HikariDataSource ds = new HikariDataSource(config); ``` ##### (2) **文件句柄限制** - **异步I/O**(Java NIO) ```java AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(Paths.get("data.txt")); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); channel.read(buffer, 0, buffer, new CompletionHandler<>() { /* 非阻塞处理 */ }); ``` ##### (3) **线程栈限制** - 调整JVM参数:`-Xss256k`(减少默认1MB栈大小) - 避免深层递归调用 --- #### 4. **无锁编程技术**(关键突破点) 引用[4]指出无锁编程是减少资源竞争的核心方案: | 技术 | 实现方式 | 适用场景 | |---------------------|----------------------------------|-----------------------| | **CAS操作** | `AtomicInteger.compareAndSet()` | 计数器、状态标志 | | **并发集合** | `ConcurrentHashMap` | 共享数据存储 | | **分段锁** | `Striped<Lock>`(Guava) | 高竞争数据分区 | | **Disruptor框架** | 环形缓冲区+无锁队列 | 超低延迟交易系统 | 示例CAS计数器: ```java AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0); void safeIncrement() { int oldVal, newVal; do { oldVal = counter.get(); newVal = oldVal + 1; } while (!counter.compareAndSet(oldVal, newVal)); } ``` --- #### 5. **资源限制检测与监控 ```java // 检测文件句柄使用 long fdCount = Files.list(Paths.get("/proc/self/fd")).count(); // 监控内存压力 MemoryMXBean memBean = ManagementFactory.getMemoryMXBean(); if (memBean.getHeapMemoryUsage().getUsed() > maxHeap * 0.8) { // 触发降级策略 } ``` > 通过上述方法,某电商系统在资源限制下将并发处理能力提升了3倍,同时保持99.99%的可用性[^3][^4]。
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