【Java回顾】Day7 Java IO|分类(传输方式，数据操作)|零拷贝和NIO

# Java IO 知识体系

IO-分类(传输，操作)

传输方式

字节流
字符流
字节流和字符流的区别
- 字节流读取单个字节，字符流读取单个字符
- 字节流来处理二进制文件(图片，MP3，视频文件)，字符流(文本文件(特殊的二进制文件，使用某种编码，人可以阅读))
- 字节流给计算机处理的，字符流给人看的。
字节转字符Input/OutputStreamReader/Writer
- 编码是将字节转字符，解码是将字符转字节

数据操作

文件(file)
数组(\[\])
管道操作
基本数据类型
缓冲操作
打印
对象序列化反序列化
转换

零拷贝和NIO概述

NIO

参考：https://javaguide.cn/java/io/io-model.html#nio-non-blocking-new-i-o
NIO是IO多路复用模型
- 线程首先发起调用，询问内核数据是否准备就绪。等准备就绪后，用户线程再发起read调用(数据从内核空间->用户空间)是阻塞的。
  - select调用，支持一次查询多个系统调用的可用状态，几乎所有的操作系统都支持。
  - epoll调用，linux 2.6内核，select调用的增强版本，优化IO执行效率
NIO中的多路复用器selector

*
在高并发和高延迟的环境，适合用NIO提交效率。
组成部分(3个)
- Buffer缓冲区：读写。读：从Channel到buffer；写：从buffer到Channel。
- Channel通道：双向可读可写的数据传输通道，实现数据的输入和输出。
- Selector选择器：一个线程处理多个Channel，基于事件驱动的I/O多路复用模型。多个channel由selector来分配线程处理事件

详解

Buffer，BIO是缓冲流，NIO是缓冲区

默认是写模式，flip()切换到读模式；clear()或compact()切换到写模式
核心代码
- 用静态方法创建，CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(8);
- put写数据，buffer.put('a').put('b').put('c');
- get读数据，while (buffer.hasRemaining()) {
  System.out.print(buffer.get());
  }
- 写→读，buffer.flip();
- 读→写，buffer.clear();

复制代码

  import java.nio.*;

  public class CharBufferDemo {
      public static void main(String[] args) {
          // 分配一个容量为8的CharBuffer
          CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(8);
          System.out.println("初始状态：");
          printState(buffer);

          // 向buffer写入3个字符
          buffer.put('a').put('b').put('c');
          System.out.println("写入3个字符后的状态：");
          printState(buffer);

          // 调用flip()方法，准备读取buffer中的数据，将 position 置 0,limit 的置 3
          buffer.flip();
          System.out.println("调用flip()方法后的状态：");
          printState(buffer);

          // 读取字符
          while (buffer.hasRemaining()) {
              System.out.print(buffer.get());
          }

          // 调用clear()方法，清空缓冲区，将 position 的值置为 0，将 limit 的值置为 capacity 的值
          buffer.clear();
          System.out.println("调用clear()方法后的状态：");
          printState(buffer);

      }

      // 打印buffer的capacity、limit、position、mark的位置
      private static void printState(CharBuffer buffer) {
          System.out.print("capacity: " + buffer.capacity());
          System.out.print(", limit: " + buffer.limit());
          System.out.print(", position: " + buffer.position());
          System.out.print(", mark 开始读取的字符: " + buffer.mark());
          System.out.println("\n");
      }
  }

Channel 全双工

常用通道
- FileChannel 文件访问通道
- SocketChannel,ServerSocketChannel TCP通信通道
- DatagramChannl UDP通信通道
核心方法
- 读，读并写入到Buffer中
- 写，将buffer数据写入channel中

复制代码

  RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("/Users/guide/Documents/test_read.in", "r"))
  FileChannel channel = reader.getChannel();//得到一个channel
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//字节缓冲区buffer
  channel.read(buffer);//读

Selector
- **epoll()**一个多路复用器Selector可以同时轮询多个Channel，由于JDK使用了epoll()代替select实现，因此没有最大连接句柄1024/2048的限制。可以连接成千上万的客户端
- 监听事件类型
  - SelectionKey.OP_ACCPET 通道接受连接的事件，用于ServerSocketChannel
  - SelectionKey.OP_CONNECT 完成连接的事件，SocketChannel
  - SelectionKey.OP_READ 通道准备好进行读取的事件，有数据可读
  - SelectionKey.OP_WRITE,通道准备好写入的事件，写入数据

NIO零拷贝

解决操作系统在处理I/O操作时频繁复制数据的问题
零拷贝：执行IO操作时，CPU不需要将数据从一个存储区域复制到另一个存储区域，从而可以减少上下文切换以及CPU的拷贝时间
必备2次DMA(Direct memory access)，依赖硬件完成，零拷贝是减少了CPU拷贝及上下文切换
Java对零拷贝的支持
- MappedByteBuffer
- FileChannel
- S

IO-分类(传输，操作)

传输方式

字节流
字符流
字节流和字符流的区别
- 字节流读取单个字节，字符流读取单个字符
- 字节流来处理二进制文件(图片，MP3，视频文件)，字符流(文本文件(特殊的二进制文件，使用某种编码，人可以阅读))
- 字节流给计算机处理的，字符流给人看的。
字节转字符Input/OutputStreamReader/Writer
- 编码是将字节转字符，解码是将字符转字节

数据操作

文件(file)
数组(\[\])
管道操作
基本数据类型
缓冲操作
打印
对象序列化反序列化
转换

零拷贝和NIO概述

NIO

参考：https://javaguide.cn/java/io/io-model.html#nio-non-blocking-new-i-o
NIO是IO多路复用模型

*
- 线程首先发起调用，询问内核数据是否准备就绪。等准备就绪后，用户线程再发起read调用(数据从内核空间->用户空间)是阻塞的。
  - select调用，支持一次查询多个系统调用的可用状态，几乎所有的操作系统都支持。
  - epoll调用，linux 2.6内核，select调用的增强版本，优化IO执行效率
NIO中的多路复用器selector

*
在高并发和高延迟的环境，适合用NIO提交效率。
组成部分(3个)
- Buffer缓冲区：读写。读：从Channel到buffer；写：从buffer到Channel。
- Channel通道：双向可读可写的数据传输通道，实现数据的输入和输出。
- Selector选择器：一个线程处理多个Channel，基于事件驱动的I/O多路复用模型。多个channel由selector来分配线程处理事件

详解

Buffer，BIO是缓冲流，NIO是缓冲区

默认是写模式，flip()切换到读模式；clear()或compact()切换到写模式
核心代码
- 用静态方法创建，CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(8);
- put写数据，buffer.put('a').put('b').put('c');
- get读数据，while (buffer.hasRemaining()) {
  System.out.print(buffer.get());
  }
- 写→读，buffer.flip();
- 读→写，buffer.clear();

复制代码

  import java.nio.*;

  public class CharBufferDemo {
      public static void main(String[] args) {
          // 分配一个容量为8的CharBuffer
          CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(8);
          System.out.println("初始状态：");
          printState(buffer);

          // 向buffer写入3个字符
          buffer.put('a').put('b').put('c');
          System.out.println("写入3个字符后的状态：");
          printState(buffer);

          // 调用flip()方法，准备读取buffer中的数据，将 position 置 0,limit 的置 3
          buffer.flip();
          System.out.println("调用flip()方法后的状态：");
          printState(buffer);

          // 读取字符
          while (buffer.hasRemaining()) {
              System.out.print(buffer.get());
          }

          // 调用clear()方法，清空缓冲区，将 position 的值置为 0，将 limit 的值置为 capacity 的值
          buffer.clear();
          System.out.println("调用clear()方法后的状态：");
          printState(buffer);

      }

      // 打印buffer的capacity、limit、position、mark的位置
      private static void printState(CharBuffer buffer) {
          System.out.print("capacity: " + buffer.capacity());
          System.out.print(", limit: " + buffer.limit());
          System.out.print(", position: " + buffer.position());
          System.out.print(", mark 开始读取的字符: " + buffer.mark());
          System.out.println("\n");
      }
  }

Channel 全双工

常用通道
- FileChannel 文件访问通道
- SocketChannel,ServerSocketChannel TCP通信通道
- DatagramChannl UDP通信通道
核心方法
- 读，读并写入到Buffer中
- 写，将buffer数据写入channel中

复制代码

  RandomAccessFile reader = new RandomAccessFile("/Users/guide/Documents/test_read.in", "r"))
  FileChannel channel = reader.getChannel();//得到一个channel
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//字节缓冲区buffer
  channel.read(buffer);//读

Selector
- **epoll()**一个多路复用器Selector可以同时轮询多个Channel，由于JDK使用了epoll()代替select实现，因此没有最大连接句柄1024/2048的限制。可以连接成千上万的客户端
- 监听事件类型
  - SelectionKey.OP_ACCPET 通道接受连接的事件，用于ServerSocketChannel
  - SelectionKey.OP_CONNECT 完成连接的事件，SocketChannel
  - SelectionKey.OP_READ 通道准备好进行读取的事件，有数据可读
  - SelectionKey.OP_WRITE,通道准备好写入的事件，写入数据

NIO零拷贝

解决操作系统在处理I/O操作时频繁复制数据的问题
零拷贝：执行IO操作时，CPU不需要将数据从一个存储区域复制到另一个存储区域，从而可以减少上下文切换以及CPU的拷贝时间
必备2次DMA(Direct memory access)，依赖硬件完成，零拷贝是减少了CPU拷贝及上下文切换
Java对零拷贝的支持
- MappedByteBuffer
- FileChannel