Java I/O体系详细讲解

注意：

此文侧重讲解Java的IO主要体系，至于具体API功能会在后面的文章详细讲解。

I/O以及I/O流的定义：

1. I/O实际上是Input/Output，也就是输入/输出，输入指的是从存储设备中读取数据，比如从磁盘读取数据到内存中；输出指的是把数据回写到存储设备中，比如把内存中的数据回写到磁盘中。
2. 流是一种抽象概念，可以类比成水流，而数据类比成水，数据流的传递可以类比成水流的传输，是一种无结构化的数据传递。

Java中的I/O

I/O的数据来源有：磁盘、内存、网络、键盘等。

1. 输入流：Java的输入流是指从数据来源读取数据到内存的流。比如从磁盘读取数据到内存的流，从网络读取到内存的流，从内存读取到内存的流等都是输入流。
2. 输出流：Java的输出流是指从内存回写到数据源的流。比如从内存输出到网络的流，从内存回写到磁盘的流等等都是输出流。

Java的I/O体系：

java中的IO流的类有很多，但是实际上核心的体系只有File、InputStream、OutputStream、Writer、Reader。

1. File类：Java对文件的抽象，是为文件或者目录进行删除、重命名，移动、创建等很多操作而设计的一个类。

IO流的分类：
IO流按照操作的数据单元可以分为字节流跟字符流：字节流与字符流的区别

1. 字节流：操作的数据单元是8位的字节。以InputStream（输入流）、OutputStream（输出流）作为抽象基类。这种流的API操作的数据单位是字节。适用于任何数据的传输。
2. 字符流：操作的数据单元是字符，以Writer（输出）、Reader（输入）作为抽象类。这种流的API操作的数据单位是字符，会把若干个字节按照一定的编码规则编码成字符。只适用于文本类数据的传输，不能用于类似图片，音频等二进制数据的传输。

下图是一个JAVA I/O体系的脑图：

JAVA IO的原理：

文件读取原理图：（这是基于文件的IO，网络IO后面会有）：

说明：
我们平时的应用进程是运行在用户态里面，对硬件的操作要在内核态中通过系统调用实现。而用户与内核态的切换要消耗系统资源。区分用户态和内核态主要是为了系统的安全性考虑。内核态会拥有用户态不具有的权限。

原理图说明：

1. 用户进程调用输入流的read方法，然后尝试读取用户缓冲区的数据，如果能读取到数据，直接返回，如果读取不到就进入第二步。
2. 如果用户缓冲区读取不到数据，就调用read0方法，从内核缓冲区读取数据到用户缓冲区。
3. 调用read0方法后，切换到内核态，内核通过系统调用发送指令给磁盘控制器，要求读取磁盘的数据到内核缓冲区。
4. 磁盘控制器调用DMA，从磁盘中读取数据到内核缓冲区。
5. 数据读取完毕后，用户进程从内核缓冲区读取数据到用户缓冲区。
6. 然后从用户缓冲区读取数据返回。

文件写入原理流程图：

体系的详解文章：

Java IO之File类详解

Java I/O体系之OutputStream和InputStream详细讲解

Java I/O体系之Writer和Reader详细讲解