《精通并发与Netty》学习笔记（09 - Java中流的概念）

Java中流的概念

java程序通过流来完成输入/输出。流是生产或消费信息的抽象。流通过java的输入/输出与物理设备链接。尽管与它们链接的物理设备不尽相同，所有流的行为具有同样的方式。这样，相同的输入/输出类和方法适用于所有类型的外部设备。这意味着一个输入流能够抽象
多种不同类型的输入：从磁盘文件，从键盘或从网络套接字。同样，一个输出流可以输出到控制台、磁盘文件或相连的网络。流是处理输入/输出的一个洁净的方法，例如它不需要代码理解键盘和网络的不同。java中流的实现是在java.io包定义的类层次结构内部的。

输入/输出流的概念
输入/输出时，数据在通信通道中流动。所谓“数据流（stream）”指的是所有数据通信通道之中，数据的起点和终点。信息的通道就是一个数据流。只要是数据从一个地方“流”到另外一个地方，这种数据流动的通道都可以称为数据流。
输入/输出是相对于程序来说的。程序在使用数据时所扮演的角色有两个：一个是源，一个是目的。
若程序是数据流的源，即数据的提供者，这个数据流对程序来说就是一个“输出数据流”（数据从程序流出）。若程序是数据流的终点，这个数据流对程序而言就是一个“输入数据流”（数据从程序外流向程序）

输入流：所有输入流类都是 InputStream 抽象类（字节输入流）和 Reader 抽象类（字符输入流）的子类。其中 InputStream 类是字节输入流的抽象类，是所有字节输入流的父类，其层次结构如图

InputStream 类中所有方法遇到错误时都会引发 IOException 异常。如下是该类中包含的常用方法。
int read()：从输入流读入一个 8 字节的数据，将它转换成一个 0~255 的整数，返回一个整数，如果遇到输入流的结尾返回 -1。
int read(byte[] b)：从输入流读取若干字节的数据保存到参数 b 指定的字芳数组中，返回的字芾数表示读取的字节数，如果遇到输入流的结尾返回 -1。
int read(byte[] b,int off,int len)：从输入流读取若干字节的数据保存到参数 b 指定的字节数组中，其中 off 是指在数组中开始保存数据位置的起始下标，len 是指读取字节的位数。返回的是实际读取的字节数，如果遇到输入流的结尾则返回 -1。
void close()：关闭数据流，当完成对数据流的操作之后需要关闭数据流。
int available()：返回可以从数据源读取的数据流的位数。
skip(long n)：从输入流跳过参数 n 指定的字节数目。
boolean markSupported()：判断输入流是否可以重复读取，如果可以就返回 true。
void mark(int readLimit)：如果输入流可以被重复读取，从流的当前位置开始设置标记，readLimit 指定可以设置标记的字苟数。
void reset()：使输入流重新定位到刚才被标记的位置，这样可以重新读取标记过的数据。

上述最后 3 个方法一般会结合在一起使用，首先使用 markSupported() 判断，如果可以重复读取，则使用 mark(int readLimit) 方法进行标记，标记完成之后可以使用 read() 方法读取标记范围内的字节数，最后使用 reset() 方法使输入流重新定位到标记的位置，继而完成重复读取操作。

Java 中的字符是 Unicode 编码，即双字节的，而 InputerStream 是用来处理单字节的，在处理字符文本时不是很方便。这时可以使用 Java 的文本输入流 Reader 类，该类是字符输入流的抽象类，即所有字输入流的实现都是它的子类。

Reader类的具体层次结构如图下 所示，该类的方法与 InputerSteam 类的方法类似，这里不再介绍。

输出流：在 Java 中所有输出流类都是 OutputStream 抽象类（字节输出流）和 Writer 抽象类（字符输出流）的子类。其中 OutputStream 类是字节输出流的抽象类，是所有字节输出流的父类，其层次结构如图 

OutputStream 类是所有字节输出流的超类，用于以二进制的形式将数据写入目标设备，该类是抽象类，不能被实例化。OutputStream 类提供了一系列跟数据输出有关的方法，如下所示。
int write (b)：将指定字节的数据写入到输出流。
int write (byte[] b)：将指定字节数组的内容写入输出流。
int write (byte[] b,int off,int len)：将指定字节数组从 off 位置开始的 len 字芳的内容写入输出流。
close()：关闭数据流，当完成对数据流的操作之后需要关闭数据流。
flush()：刷新输出流，强行将缓冲区的内容写入输出流。

字符输出流的父类是 Writer，其层次结构如图

输入/输出类

• 在java.io包中提供了60多个类（流）
• 从功能上分为两大类：输入流和输出流
• 从流结构上分为字节流（以字节为处理单位或称面向字节）和字符流（以字符为处理单位或称面向字符）

字节流的输入流和输出流基础是InputStream和OutputStream这两个抽象类，字节流的输入输出操作由这两个类的子类实现，字符流是java1.1版后新增加的以字符为单位进行输入输出处理的流，字符流输入输出的基础是抽象类Reader和Writer

• 字节流，数据的处理以字节为基本单位，每次读写8位二进制数（一个字节）。也称为二进制流。
• 字符流，用于字符数据的处理，每次读写16位二进制数（两个字节）。

	字节流	字符流
输入	InputStream	Reader
输出	OutputStream	Writer

NIO,和传统Io有何区别

    我们使用InputStream从输入流中读取数据时，如果没有读取到有效的数据，程序将在此处阻塞该线程的执行。其实传统的输入里和输出流都是阻塞式的进行输入和输出。 不仅如此，传统的输入流、输出流都是通过字节的移动来处理的（即使我们不直接处理字节流，但底层实现还是依赖于字节处理），也就是说，面向流的输入和输出一次只能处理一个字节，因此面向流的输入和输出系统效率通常不高。 
    从JDk1.4开始，java提供了一系列改进的输入和输出处理的新功能，这些功能被统称为新IO(NIO)。新增了许多用于处理输入和输出的类，这些类都被放在java.nio包及其子包下，并且对原io的很多类都以NIO为基础进行了改写。新增了满足NIO的功能。 
    NIO采用了内存映射对象的方式来处理输入和输出，NIO将文件或者文件的一块区域映射到内存中，这样就可以像访问内存一样来访问文件了。通过这种方式来进行输入/输出比传统的输入和输出要快的多。

JDk1.4使用NIO改写了传统Io后，传统Io的读写速度和NIO差不了太多。下节将详细讨论NIO的知识