IO
IO是指Input/Output,即输入和输出。以内存为中心:
Input指从外部读入数据到内存,例如,把文件从磁盘读取到内存,从网络读取数据到内存等等。
Output指把数据从内存输出到外部,例如,把数据从内存写入到文件,把数据从内存输出到网络等等。
为什么要把数据读到内存才能处理这些数据?因为代码是在内存中运行的,数据也必须读到内存,最终的表示方式无非是byte数组,字符串等,都必须存放在内存里。
从Java代码来看,输入实际上就是从外部,例如,硬盘上的某个文件,把内容读到内存,并且以Java提供的某种数据类型表示,例如,byte[]
,String
,这样,后续代码才能处理这些数据。
因为内存有“易失性”的特点,所以必须把处理后的数据以某种方式输出,例如,写入到文件。Output实际上就是把Java表示的数据格式,例如,byte[]
,String
等输出到某个地方。
IO流是一种顺序读写数据的模式,它的特点是单向流动。数据类似自来水一样在水管中流动,所以我们把它称为IO流。
InputStream / OutputStream
IO流以byte
(字节)为最小单位,因此也称为字节流。例如,我们要从磁盘读入一个文件,包含6个字符,就相当于读入了6个字节的数据:
╔════════════╗
║ Memory ║
╚════════════╝
▲
│0x48
│0x65
│0x6c
│0x6c
│0x6f
│0x21
╔═══════════╗
║ Hard Disk ║
╚═══════════╝
这6个字节是按顺序读入的,所以是输入字节流。
反过来,我们把6个字节从内存写入磁盘文件,就是输出字节流:
╔════════════╗
║ Memory ║
╚════════════╝
│0x21
│0x6f
│0x6c
│0x6c
│0x65
│0x48
▼
╔═══════════╗
║ Hard Disk ║
╚═══════════╝
在Java中,InputStream
代表输入字节流,OuputStream
代表输出字节流,这是最基本的两种IO流。
Reader / Writer
如果我们需要读写的是字符,并且字符不全是单字节表示的ASCII字符,那么,按照char
来读写显然更方便,这种流称为字符流。
Java提供了Reader
和Writer
表示字符流,字符流传输的最小数据单位是char
。
例如,我们把char[]
数组Hi你好
这4个字符用Writer
字符流写入文件,并且使用UTF-8编码,得到的最终文件内容是8个字节,英文字符H
和i
各占一个字节,中文字符你好
各占3个字节:
0x48
0x69
0xe4bda0
0xe5a5bd
反过来,我们用Reader
读取以UTF-8编码的这8个字节,会从Reader
中得到Hi你好
这4个字符。
因此,Reader
和Writer
本质上是一个能自动编解码的InputStream
和OutputStream
。
使用Reader
,数据源虽然是字节,但我们读入的数据都是char
类型的字符,原因是Reader
内部把读入的byte
做了编码,转换成了char
。使用InputStream
,我们读入的数据和原始二进制数据一模一样,是byte[]
数组,但是我们可以自己把二进制byte[]
数组按照某种编码转换为字符串。究竟使用Reader
还是InputStream
,要取决于具体的使用场景。如果数据源不是文本,就只能使用InputStream
,如果数据源是文本,使用Reader更方便一些。Writer
和OutputStream
是类似的。
同步和异步
同步IO是指,读写IO时代码必须等待数据返回后才继续执行后续代码,它的优点是代码编写简单,缺点是CPU执行效率低。
而异步IO是指,读写IO时仅发出请求,然后立刻执行后续代码,它的优点是CPU执行效率高,缺点是代码编写复杂。
Java标准库的包java.io
提供了同步IO,而java.nio
则是异步IO。上面我们讨论的InputStream
、OutputStream
、Reader
和Writer
都是同步IO的抽象类,对应的具体实现类,以文件为例,有FileInputStream
、FileOutputStream
、FileReader
和FileWriter
。
本节我们只讨论Java的同步IO,即输入/输出流的IO模型。
小结
IO流是一种流式的数据输入/输出模型:
二进制数据以
byte
为最小单位在InputStream
/OutputStream
中单向流动;字符数据以
char
为最小单位在Reader
/Writer
中单向流动。
Java标准库的java.io
包提供了同步IO功能:
字节流接口:
InputStream
/OutputStream
;字符流接口:
Reader
/Writer
。