IO流的认识（2）

一、IO流的核心本质：抽象与统一

计算机中数据的输入（从外部设备到程序）、输出（从程序到外部设备），底层硬件逻辑差异极大：

• 磁盘IO是读写扇区，依赖文件系统；

• 网络IO是收发数据包，依赖TCP/UDP协议；

• 内存IO是直接操作缓冲区，无硬件交互。

IO流通过抽象类/接口（如Java的InputStream/OutputStream、C++的iostream）将这些差异封装，对外暴露统一的"读/写"方法（如read()/write()），让开发者无需关心底层细节，只需通过"流"的视角处理数据传输。

二、IO流的核心维度：分类与设计思想

• 输入流：数据从"外部源"流向"程序"（读数据），核心是"获取数据"；

• 输出流：数据从"程序"流向"外部目标"（写数据），核心是"发送数据"。

• 字节流：以byte（8位）为单位传输，适用于所有类型数据（二进制文件：图片、视频、可执行文件，以及文本文件），是底层基础流；

→ 设计初衷：计算机存储/传输的最小单位是字节，字节流无编码依赖，通用性最强。

• 字符流：以char（通常16位）为单位传输，仅适用于文本数据，底层依赖字符编码（如UTF-8、GBK），本质是"字节流+编码转换"的封装；

→ 设计初衷：解决文本处理中"字节→字符"的编码解码问题，避免手动处理乱码。

• 节点流（基础流）：直接对接数据源/目标（如文件、网络套接字、内存缓冲区），是数据传输的"终端管道"（如Java的FileInputStream、SocketInputStream）；

• 处理流（包装流）：嵌套在节点流/其他处理流之上，扩展功能（如缓冲、压缩、序列化、编码转换），是"管道的增强器"（如Java的BufferedInputStream、ObjectOutputStream）；

→ 设计思想：装饰者模式------通过嵌套组合，动态给流添加功能，无需修改原有流的代码，实现功能扩展的灵活性。

三、IO流的关键特性：流的本质属性

数据按"先进先出"顺序传输，无法随机跳读/跳写（除非流支持随机访问，如Java的RandomAccessFile，但这是特殊实现，非标准流特性）------流的传输是"单向线性"的，如同水流过水管，只能按顺序通过。

流中的数据读取后即"消耗"（除非通过标记/重置功能，如mark()/reset()），无法重复读取；输出流写入后数据即发送到目标，无法撤回------类似"泼水"，泼出后无法收回。

流底层关联操作系统资源（如文件句柄、网络套接字），这些资源属于"稀缺资源"，必须显式关闭（如Java的close()方法），否则会导致资源泄漏（操作系统无法回收，最终引发程序崩溃或系统卡顿）。

四、IO模型的进阶：同步/异步、阻塞/非阻塞

IO流的"流"是数据传输的抽象，而IO模型是流的"底层执行方式"，决定了程序在IO操作时的等待策略：

程序发起IO请求后，若数据未准备好（如读文件时数据还未从磁盘加载到内存），则线程被挂起，直到数据就绪并完成传输------线程全程等待，利用率低，是最基础的IO模型（如Java传统的FileInputStream、Socket）。

程序发起IO请求后，若数据未准备好，直接返回"未就绪"，线程不挂起，可继续执行其他任务，需轮询检查数据状态------避免线程阻塞，但轮询会消耗CPU资源（如Java NIO的Selector非阻塞模式）。

程序发起IO请求后，无需等待，直接返回；操作系统在数据准备好并完成传输后，主动通知程序处理结果------线程完全不参与IO等待，利用率最高（如Java AIO的AsynchronousFileChannel）。

→ 核心差异：线程是否参与IO等待，以及等待的方式（阻塞挂起、轮询检查、异步通知）。

五、深度理解的关键：流的设计哲学

IO流的诞生，是为了解决两个核心问题：

简单说：IO流是"让数据传输变简单"的抽象工具------把复杂的硬件交互、编码处理、功能扩展，转化为"打开流→读写数据→关闭流"的简单流程。

六、典型误区澄清

"字符流比字节流高级"→ 错误：字符流是字节流的封装，底层仍依赖字节流，仅适用于文本，通用性远低于字节流；
"缓冲流的缓冲是为了加快速度"→ 本质：缓冲流通过"批量读写"减少底层系统调用（系统调用是耗时操作），从而提升效率（如BufferedInputStream默认8KB缓冲区，每次读8KB而非1字节，减少磁盘IO次数）；
"关闭流只是释放内存"→ 错误：关闭流的核心是释放操作系统资源（文件句柄、套接字），而非Java堆内存（流对象由GC回收），资源泄漏的危害远大于内存泄漏。