探秘 Java IO 与 NIO：春招面试知识要点

在前文中，我们深入探讨了 Java 多线程与并发相关知识，这对于提升程序性能和处理复杂业务场景至关重要。而在 Java 开发中，输入输出（IO）操作同样不可或缺，无论是读取文件、网络通信还是与数据库交互，都离不开 IO。随着技术发展，Java 又引入了 NIO（New IO），它提供了更高效的 IO 处理方式。在春招面试中，Java IO 与 NIO 也是面试官重点关注的内容，下面让我们一起深入了解。

一、Java IO

Java IO 是传统的输入输出库，它基于流（Stream）的概念，提供了一套丰富的类和接口来处理数据的输入输出。流可以分为字节流和字符流，字节流以字节为单位处理数据，字符流以字符为单位处理数据，更适合处理文本数据。

字节流

字节流主要包括InputStream和OutputStream两个抽象类，以及它们的各种实现类。例如FileInputStream用于从文件中读取字节数据，FileOutputStream用于将字节数据写入文件。

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import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class ByteStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
            int data;
            while ((data = fis.read())!= -1) {
                fos.write(data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述代码实现了从input.txt文件读取字节数据，并将其写入output.txt文件的功能。read()方法每次读取一个字节，返回值为读取到的字节数据，当读取到文件末尾时返回 - 1。write()方法将指定字节写入输出流。

字符流

字符流主要包括Reader和Writer两个抽象类及其实现类。例如FileReader用于读取文件中的字符数据，FileWriter用于将字符数据写入文件。为了提高读写效率，通常会使用BufferedReader和BufferedWriter进行缓冲处理。

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import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class CharacterStreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("input.txt"));
             BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {
            String line;
            while ((line = br.readLine())!= null) {
                bw.write(line);
                bw.newLine();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这段代码使用BufferedReader逐行读取input.txt文件中的内容，然后通过BufferedWriter将读取到的内容写入output.txt文件，readLine()方法用于读取一行字符数据，write()方法写入字符串，newLine()方法写入换行符。

面试题 1：字节流和字符流的区别是什么？

答案：

处理数据单位：字节流以字节（8 位）为单位处理数据，适用于处理所有类型的数据，如图片、音频、视频等二进制数据；字符流以字符为单位处理数据，一个字符根据编码方式可能占用 1 - 4 个字节，主要用于处理文本数据。

处理方式：字节流直接操作字节，而字符流在操作字符时，会根据指定的字符编码进行字符与字节的转换，例如 UTF - 8、GBK 等。

类继承体系：字节流继承自InputStream和OutputStream；字符流继承自Reader和Writer。

二、Java NIO

Java NIO 是 Java 1.4 引入的新 IO 库，它提供了一种基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的 IO 操作方式，与传统 IO 的流方式不同。NIO 还引入了选择器（Selector），支持非阻塞 IO 操作，大大提高了 IO 效率，尤其适用于高并发场景。

通道和缓冲区

通道是一种双向的、可以进行读写操作的对象，它类似于流，但功能更强大。常见的通道有FileChannel（用于文件 IO）、SocketChannel（用于 TCP 套接字 IO）、DatagramChannel（用于 UDP 套接字 IO）等。缓冲区是一个用于存储数据的容器，所有数据都要先写入缓冲区，然后再通过通道进行传输。常用的缓冲区有ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等。

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import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class NIOExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
            FileChannel inChannel = fis.getChannel();
            FileChannel outChannel = fos.getChannel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            while (inChannel.read(buffer)!= -1) {
                buffer.flip();
                outChannel.write(buffer);
                buffer.clear();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述代码使用FileChannel和ByteBuffer实现了文件的复制操作。read()方法将数据从通道读取到缓冲区，flip()方法将缓冲区从写模式切换到读模式，write()方法将缓冲区中的数据写入通道，clear()方法将缓冲区清空，准备下一次写入。

选择器

选择器是 NIO 的核心组件之一，它允许一个线程管理多个通道，实现非阻塞的 IO 操作。通过将通道注册到选择器上，并监听通道上的事件（如连接就绪、读就绪、写就绪等），当感兴趣的事件发生时，选择器会通知线程进行相应处理。

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import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class SelectorExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (Selector selector = Selector.open();
             ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open()) {
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            while (true) {
                selector.select();
                Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
                while (keyIterator.hasNext()) {
                    SelectionKey key = keyIterator.next();
                    if (key.isAcceptable()) {
                        ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
                        SocketChannel sc = ssc.accept();
                        sc.configureBlocking(false);
                        sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    } else if (key.isReadable()) {
                        SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        int bytesRead = sc.read(buffer);
                        if (bytesRead > 0) {
                            buffer.flip();
                            // 处理读取到的数据
                            buffer.clear();
                        }
                    }
                    keyIterator.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这段代码创建了一个基于选择器的服务器，监听 8080 端口。当有客户端连接时，将客户端的SocketChannel注册到选择器上，并监听读事件。当有数据可读时，读取数据并进行处理。

面试题 2：NIO 和传统 IO 的区别是什么？

答案：

IO 模型：传统 IO 是阻塞式 IO，即当进行读写操作时，线程会一直阻塞直到操作完成；NIO 是非阻塞式 IO，线程在进行读写操作时，如果数据未准备好，不会阻塞，而是返回一个状态值，线程可以继续执行其他任务，通过选择器可以监听多个通道的状态，实现单线程管理多个 IO 操作。

数据处理方式：传统 IO 基于流，数据是顺序读写的；NIO 基于通道和缓冲区，数据先写入缓冲区，再通过通道进行传输，缓冲区提供了更灵活的数据处理方式，如标记、重置等操作。

适用场景：传统 IO 适用于简单的、对性能要求不高的 IO 操作；NIO 适用于高并发、对性能要求较高的场景，如网络服务器开发。

深入理解 Java IO 与 NIO，能让你在春招面试中展现扎实的技术功底。下一篇，我们将走进 Java 反射机制的世界，继续为你的面试备考添砖加瓦。