复习-JavaGuide-Io on 随记

io模型

Wed, 26 Oct 2022 14:17:58 +0000

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https://zhuanlan.zhihu.com/p/360878783 IO多路复用讲解，这是一个与系统底层有关的知识点，需要一些操作系统调用代码才知道IO多路复用省的时间。

I/O#

何为I/O#

I/O(Input/Output)，即输入/输出 从计算机结构的角度来解读一下I/O，根据冯诺依曼结构，计算机结构分为5大部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 其中，输入设备：键盘；输出设备：显示器网卡、硬盘既属于输入设备也属于输出设备
输入设备向计算机输入（内存）数据，输出设备接收计算机（内存）输出的数据，即I/O描述了计算机系统与外部设备之间通信的过程
从应用程序的角度解读I/O
- 为了保证系统稳定性和安全性，一个进程的地址空间划分为用户空间User space和内核空间Kernel space kernel 英[ˈkɜːnl]
- 平常运行的应用程序都运行在用户空间，只有内核空间才能进行系统态级别的资源有关操作—文件管理、进程通信、内存管理
- 如果要进行IO操作，就得依赖内核空间的能力，用户空间的程序不能直接访问内核空间
- 用户进程要想执行IO操作，必须通过系统调用来间接访问内核空间
对于磁盘IO（读写文件）和网络IO（网络请求和响应），从应用程序视角来看，应用程序对操作系统的内核发起IO调用（系统调用），操作系统负责的内核执行具体IO操作
- 应用程序只是发起了IO操作调用，而具体的IO执行则由操作系统内核完成
应用程序发起I/O后，经历两个步骤
- 内核等待I/O设备准备好数据
- 内核将数据从内核空间拷贝到用户空间

有哪些常见的IO模型#

UNIX系统下，包括5种：同步阻塞I/O，同步非阻塞I/O，I/O多路复用、信号驱动I/O和异步I/O

Java中3中常见I/O模型#

BIO (Blocking I/O )#

应用程序发起read调用后，会一直阻塞，直到内核把数据拷贝到用户空间

NIO (Non-blocking/New I/O)#

对于java.nio包，提供了Channel、Selector、Buffer等抽象概念，对于高负载高并发，应使用NIO
NIO是I/O多路复用模型，属于同步非阻塞IO模型
- 一般的同步非阻塞 IO 模型中，应用程序会一直发起 read 调用。
  等待数据从内核空间拷贝到用户空间的这段时间里，线程依然是阻塞的**，**直到在内核把数据拷贝到用户空间。
  
  相比于同步阻塞 IO 模型，同步非阻塞 IO 模型确实有了很大改进。通过轮询操作，避免了一直阻塞。
  
  但是，这种 IO 模型同样存在问题：应用程序不断进行 I/O 系统调用轮询数据是否已经准备好的过程是十分消耗 CPU 资源的。
  
  ★★ 也就是说，【准备数据，数据就绪】是不阻塞的。而【拷贝数据】是阻塞的
- I/O多路复用线程首先发起select调用，询问内核数据是否准备就绪，等准备好了，用户线程再发起read调用，r**ead调用的过程（数据从内核空间–>用户空间）**还是阻塞的
  
  IO 多路复用模型，通过减少无效的系统调用，减少了对 CPU 资源的消耗。

io设计模式

Mon, 24 Oct 2022 23:40:53 +0000

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装饰器模式#

类图：

装饰器，Decorator，装饰器模式可以在不改变原有对象的情况下拓展其功能
★装饰器模式，通过组合替代继承来扩展原始类功能，在一些继承关系较复杂的场景（IO这一场景各种类的继承关系就比较复杂）下更加实用
对于字节流，FilterInputStream（对应输入流）和FilterOutputStream（对应输出流）是装饰器模式的核心，分别用于增强（继承了）InputStream和OutputStream子类对象的功能 Filter （过滤的意思），中间（Closeable）下面这两条虚线代表实现；最下面的实线代表继承
其中BufferedInputStream（字节缓冲输入流）、DataInputStream等等都是FilterInputStream的子类，对应的BufferedOutputStream和DataOutputStream都是FilterOutputStream的子类

例子，使用BufferedInputStream（字节缓冲输入流）来增强FileInputStream功能

BufferedInputStream源码（构造函数）

private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;
public BufferedInputStream(InputStream in) {
 this(in, DEFAULT_BUFFER_SIZE);
}

public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {
 super(in);
 if (size <= 0) {
 throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");
 }
 buf = new byte[size];
}

使用

try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("input.txt"))) {
 int content;
 long skip = bis.skip(2);
 while ((content = bis.read()) != -1) {
 System.out.print((char) content);
 }
} catch (IOException e) {
 e.printStackTrace();
}

ZipInputStream和ZipOutputStream还可以用来增强BufferedInputStream和BufferedOutputStream的能力

io基础

Sun, 23 Oct 2022 12:21:12 +0000

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简介#

IO，即Input/Output，输入和输出，输入就是数据输入到计算机内存；输出则是输出到外部存储（如数据库、文件、远程主机）
根据数据处理方式，又分为字节流和字符流
基类
- 字节输入流 InputStream，字符输入流 Reader
- 字节输出流 OutputStream, 字符输出流 Writer

字节流#

字节输入流 InputStream InputStream用于从源头（通常是文件）读取数据（字节信息）到内存中，java.io.InputStream抽象类是所有字节输入流的父类
- 常用方法
  - read() ：返回输入流中下一个字节的数据。返回的值介于 0 到 255 之间。如果未读取任何字节，则代码返回 -1 ，表示文件结束。
  - read(byte b[ ]) : 从输入流中读取一些字节存储到数组 b 中。如果数组 b 的长度为零，则不读取。如果没有可用字节读取，返回 -1。如果有可用字节读取，则最多读取的字节数最多等于 b.length ，返回读取的字节数。这个方法等价于 read(b, 0, b.length)。
  - read(byte b[], int off, int len) ：在read(byte b[ ]) 方法的基础上增加了 off 参数（偏移量）和 len 参数（要读取的最大字节数）。
  - skip(long n) ：忽略输入流中的 n 个字节 ,返回实际忽略的字节数。
  - available() ：返回输入流中可以读取的字节数。
  - close() ：关闭输入流释放相关的系统资源。
- Java9 新增了多个实用方法