[学习交流] 【上海校区】深入分析java I/O

深入分析java I/O

I/O 是最为基础重要的一门工程，它是数据信息交换的渠道方式。在爆炸性海量数据的互联网时代，I/O问题尤其重要，往往影响我们系统的性能祸首之一。
常常有网络I/O网络数据上传与下载能力，磁盘I/O即是我们硬盘的读写能力。
而I/O类主要在JDK包java.io下，类比较繁多，我们只需要挑一两个来study。根据数据流的格式和方式如下分类：
1）基于字节（抽象类）：InputStream 和 OutputStream
2）基于字符（抽象类）：Writer 和 Reader
3）基于磁盘文件（类）：File
4）基于网络传输（类）：Socket

基于字节的I/O操作
InputStream类的相关层级关系

代码1

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    private static void inputStreamForFile(File file) throws IOException {
        InputStream fis = null;
        try {
            fis = new FileInputStream(file);
/*        int result;
        while ((result = fis.read()) != -1) {
            System.out.print((char)result);
        }*/

            byte[] buffer = new byte[(fis.available())]; // 缓存大小跟文件字节数一致
            fis.read(buffer);
            System.out.println(new String(buffer));
        } finally {
            fis.close();
        }
    }

与InputStream输入字节流相对应的是OutputStream输出字节流

代码2

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public static void outputStreamToFile(File file) {
    String bufferStr = new String("\n hello from outStream!");
    byte buffer[] = bufferStr.getBytes();
    OutputStream out = null;
    try {
        // 以追加的方式写入文件
        out = new FileOutputStream(file, true);
        out.write(buffer);
    } catch (Exception ex) {
        ex.printStackTrace();
    } finally {
        try {
            out.close();
        } catch (IOException ioEx) {
            System.out.println(ioEx.toString());
        }
    }
}

其中，FileOutputStream(File file, boolean append)
以追加的方式，添加入文件的末尾。
通过类层次可以知道，FileOutputStream 的子类有SocketOutputStream, 即网络输出字节流其实也是以文件流形式进行传输。

基于字符的I/O操作
最小的存储单元是字节而不是字符，所以I/O操作都是针对字节进行存储。那为啥需要引入字符呢？那是因为在我们的程序中，通常操作的数据都是以字符形式，为了操作方便需要提供一个直接写字符的 I/O 接口。

Reader 字符流，它的类层次结构如下

代码3

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private static void readForFile(File file) throws IOException {
    StringBuffer sb;
    FileReader fileReader = null;
    try {
        sb = new StringBuffer();
        char[] buf = new char[1024];

        fileReader = new FileReader(file);
        while (fileReader.read(buf) > 0) {
            sb.append(buf);
        }
    } finally {
        fileReader.close();
    }
    System.out.println("readForFile,  " + sb.toString());
}

Writer的类层次结构

代码4

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private static void writeForFile(File file) throws IOException {
    FileWriter fw = null;
    try {
        fw = new FileWriter(file, true);
        fw.write("this is from write");
    } finally {
        fw.close();
    }
}

刚才说了，底层是以最小单元为字节进行存储，而程序中经常以字符来进行操作，所以存在字节与字符的转化，拿InputStream 输入字节流举例，类结构如下

如果转换时，没有指定编码，会以默认的字符编码进行转义，默认的是“UTF-8”

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  public static Charset defaultCharset() {
    if (defaultCharset == null) {
        synchronized (Charset.class) {
            String csn = AccessController.doPrivileged(
                new GetPropertyAction("file.encoding"));
            Charset cs = lookup(csn);
            if (cs != null)
                defaultCharset = cs;
            else
                defaultCharset = forName("UTF-8");
        }
    }
    return defaultCharset;
}

java 访问磁盘文件
在 java 中通常的 File 并不代表一个真实存在的文件对象，当你指定一个路径描述符时，他就会返回代表这个路径的虚拟对象，它可能是一个真实存在的文件或者一个包含多个文件的文件夹。多数情况下，我们并不关心这是文件是否存在，只关心这个文件到底如何操作。那么什么时候会检查这个文件是否真实存在呢？
只有在真正需要读取文件的时候，才会去检查这个文件是否存在
前文已经提到，文件存盘的最小单位是字节，所以直接和硬盘打交道的是字节流，针对于输入文件字节流FileInputStream，在它实例化时会创建一个 FileDescritor 对象，其实FileDescritor就是代表一个存在的文件对象的描述。当我们在操作一个FileInputStream文件对象时，可以通过其 getFD() 方法来获取FileDescriptor对象。而FileDescriptor是与底层操作系统相关联文件的行为描述。

具体的行为包括如下：

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/**
 * Force all system buffers to synchronize with the underlying
 * device.  This method returns after all modified data and
 * attributes of this FileDescriptor have been written to the
 * relevant device(s)…
**/
FileDescriptor.sync() 方法将操作系统缓存中的数据强制刷新到物理磁盘中。
/**
 * Tests if this file descriptor object is valid.
 */
FileDescriptor.valid() 方法将检测描述对象是否有效。

当传入一个文件路径时，将会根据这个路径创建一个 File 对象，然后创建StreamDecoder进行编码解码，最后将会真正创建一个关联真实存在的磁盘文件的文件描述符 FileDescriptor，这个对象可以用来操作磁盘文件。

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