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Java IO

Java 的 I/O 大概可以分成以下幾類：

• 磁盤操作：File
• 字節(jié)操作：InputStream 和 OutputStream
• 字符操作：Reader 和 Writer
• 對(duì)象操作：Serializable
• 網(wǎng)絡(luò)操作：Socket
• 新的輸入/輸出：NIO

1、磁盤操作（File）

File 類可以用于表示文件和目錄的信息，但是它不表示文件的內(nèi)容。

遞歸地輸出一個(gè)目錄下所有文件：

public static void listAllFiles(File dir) {if (dir == null || !dir.exists()) {return;}if (dir.isFile()) {System.out.println(dir.getName());return;}for (File file : dir.listFiles()) {listAllFiles(file);} }

2、字節(jié)操作（*Stream）

使用字節(jié)流操作進(jìn)行文件復(fù)制：

public static void copyFile(String src, String dist) throws IOException {FileInputStream in = new FileInputStream(src);FileOutputStream out = new FileOutputStream(dist);byte[] buffer = new byte[20 * 1024];// read() 最多讀取 buffer.length 個(gè)字節(jié)// 返回的是實(shí)際讀取的個(gè)數(shù)// 返回 -1 的時(shí)候表示讀到 eof，即文件尾while (in.read(buffer, 0, buffer.length) != -1) {out.write(buffer);}in.close();out.close(); }

Java I/O 使用了裝飾者模式來實(shí)現(xiàn)。以 InputStream 為例，InputStream 是抽象組件，FileInputStream 是 InputStream 的子類，屬于具體組件，提供了字節(jié)流的輸入操作。FilterInputStream 屬于抽象裝飾者，裝飾者用于裝飾組件，為組件提供額外的功能，例如 BufferedInputStream 為 FileInputStream 提供緩存的功能。

實(shí)例化一個(gè)具有緩存功能的字節(jié)流對(duì)象時(shí)，只需要在 FileInputStream 對(duì)象上再套一層 BufferedInputStream 對(duì)象即可。

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(filePath); BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);

DataInputStream 裝飾者提供了對(duì)更多數(shù)據(jù)類型進(jìn)行輸入的操作，比如 int、double 等基本類型。

3、字符操作（Reader | Writer）

不管是磁盤還是網(wǎng)絡(luò)傳輸，最小的存儲(chǔ)單元都是字節(jié)，而不是字符。但是在程序中操作的通常是字符形式的數(shù)據(jù)，因此需要提供對(duì)字符進(jìn)行操作的方法。

• InputStreamReader 實(shí)現(xiàn)從字節(jié)流解碼成字符流；
• OutputStreamWriter 實(shí)現(xiàn)字符流編碼成為字節(jié)流。

逐行輸出文本文件的內(nèi)容：

public static void readFileContent(String filePath) throws IOException {FileReader fileReader = new FileReader(filePath);BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fileReader);String line;while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {System.out.println(line);}// 裝飾者模式使得 BufferedReader 組合了一個(gè) Reader 對(duì)象// 在調(diào)用 BufferedReader 的 close() 方法時(shí)會(huì)去調(diào)用 fileReader 的 close() 方法// 因此只要一個(gè) close() 調(diào)用即可bufferedReader.close(); }

編碼就是把字符轉(zhuǎn)換為字節(jié)，而解碼是把字節(jié)重新組合成字符。

如果編碼和解碼過程使用不同的編碼方式那么就出現(xiàn)了亂碼。

• GBK 編碼中，中文字符占 2 個(gè)字節(jié)，英文字符占 1 個(gè)字節(jié)；
• UTF-8 編碼中，中文字符占 3 個(gè)字節(jié)，英文字符占 1 個(gè)字節(jié)；
• UTF-16be 編碼中，中文字符和英文字符都占 2 個(gè)字節(jié)。

UTF-16be 中的 be 指的是 Big Endian，也就是大端。相應(yīng)地也有 UTF-16le，le 指的是 Little Endian，也就是小端。

Java 使用雙字節(jié)編碼 UTF-16be，這不是指 Java 只支持這一種編碼方式，而是說 char 這種類型使用 UTF-16be 進(jìn)行編碼。char 類型占 16 位，也就是兩個(gè)字節(jié)，Java 使用這種雙字節(jié)編碼是為了讓一個(gè)中文或者一個(gè)英文都能使用一個(gè) char 來存儲(chǔ)。

String 可以看成一個(gè)字符序列，可以指定一個(gè)編碼方式將它轉(zhuǎn)換為字節(jié)序列，也可以指定一個(gè)編碼方式將一個(gè)字節(jié)序列轉(zhuǎn)換為 String。

String str1 = "中文"; byte[] bytes = str1.getBytes("UTF-8"); String str2 = new String(bytes, "UTF-8"); System.out.println(str2);

在調(diào)用無參數(shù) getBytes() 方法時(shí)，默認(rèn)的編碼方式不是 UTF-16be。雙字節(jié)編碼的好處是可以使用一個(gè) char 存儲(chǔ)中文和英文，而將 String 轉(zhuǎn)為 bytes[] 字節(jié)數(shù)組就不再需要這個(gè)好處，因此也就不再需要雙字節(jié)編碼。getBytes() 的默認(rèn)編碼方式與平臺(tái)有關(guān)，一般為 UTF-8。

byte[] bytes = str1.getBytes();

4、Java序列化，如何實(shí)現(xiàn)序列化和反序列化，常見的序列化協(xié)議有哪些？

Java序列化定義

（1）Java序列化是指把Java對(duì)象轉(zhuǎn)換為字節(jié)序列的過程，而Java反序列化是指把字節(jié)序列恢復(fù)為Java對(duì)象的過程；

（2）序列化：對(duì)象序列化的最主要的用處就是在傳遞和保存對(duì)象的時(shí)候，保證對(duì)象的完整性和可傳遞性。序列化是把對(duì)象轉(zhuǎn)換成有序字節(jié)流，以便在網(wǎng)絡(luò)上傳輸或者保存在本地文件中。序列化后的字節(jié)流保存了Java對(duì)象的狀態(tài)以及相關(guān)的描述信息。序列化機(jī)制的核心作用就是對(duì)象狀態(tài)的保存與重建。

（3）反序列化：客戶端從文件中或網(wǎng)絡(luò)上獲得序列化后的對(duì)象字節(jié)流后，根據(jù)字節(jié)流中所保存的對(duì)象狀態(tài)及描述信息，通過反序列化重建對(duì)象。

（4）本質(zhì)上講，序列化就是把實(shí)體對(duì)象狀態(tài)按照一定的格式寫入到有序字節(jié)流，反序列化就是從有序字節(jié)流重建對(duì)象，恢復(fù)對(duì)象狀態(tài)。

如何實(shí)現(xiàn)序列化和反序列化，底層怎么實(shí)現(xiàn)

1、JDK類庫(kù)中序列化和反序列化API

（1）java.io.ObjectOutputStream：表示對(duì)象輸出流；

它的writeObject(Object obj)方法可以對(duì)參數(shù)指定的obj對(duì)象進(jìn)行序列化，把得到的字節(jié)序列寫到一個(gè)目標(biāo)輸出流中；

（2）java.io.ObjectInputStream：表示對(duì)象輸入流；

它的readObject()方法源輸入流中讀取字節(jié)序列，再把它們反序列化成為一個(gè)對(duì)象，并將其返回；

2、實(shí)現(xiàn)序列化的要求

只有實(shí)現(xiàn)了 Serializable 或 Externalizable 接口的類的對(duì)象才能被序列化，否則拋出異常！

3、實(shí)現(xiàn)Java對(duì)象序列化與反序列化的方法

　　假定一個(gè)User類，它的對(duì)象需要序列化，可以有如下三種方法：

• 若 User 類僅僅實(shí)現(xiàn)了 Serializable 接口，則可以按照以下方式進(jìn)行序列化和反序列化
  • ObjectOutputStream 采用默認(rèn)的序列化方式，對(duì) User 對(duì)象的非 transient 的實(shí)例變量進(jìn)行序列化。
  • ObjcetInputStream 采用默認(rèn)的反序列化方式，對(duì)對(duì) User 對(duì)象的非 transient 的實(shí)例變量進(jìn)行反序列化。
• 若User類僅僅實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，并且還定義了 readObject(ObjectInputStream in) 和writeObject(ObjectOutputSteam out)，則采用以下方式進(jìn)行序列化與反序列化。
  • ObjectOutputStream 調(diào)用 User 對(duì)象的 writeObject(ObjectOutputStream out) 的方法進(jìn)行序列化。
  • ObjectInputStream 會(huì)調(diào)用 User 對(duì)象的 readObject(ObjectInputStream in) 的方法進(jìn)行反序列化。
• 若User類實(shí)現(xiàn)了 Externalnalizable 接口，且 User 類必須實(shí)現(xiàn) readExternal(ObjectInput in) 和 writeExternal(ObjectOutput out) 方法，則按照以下方式進(jìn)行序列化與反序列化。
  • ObjectOutputStream 調(diào)用 User 對(duì)象的 writeExternal(ObjectOutput out)) 的方法進(jìn)行序列化。
  • ObjectInputStream 會(huì)調(diào)用User對(duì)象的 readExternal(ObjectInput in) 的方法進(jìn)行反序列化。

4、JDK類庫(kù)中序列化的步驟

步驟一：創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象輸出流，它可以包裝一個(gè)其它類型的目標(biāo)輸出流，如文件輸出流：

ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\object.out"));

步驟二：通過對(duì)象輸出流的writeObject()方法寫對(duì)象：

oos.writeObject(new User("xuliugen", "123456", "male"));

5、JDK類庫(kù)中反序列化的步驟

步驟一：創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象輸入流，它可以包裝一個(gè)其它類型輸入流，如文件輸入流：

ObjectInputStream ois= new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.out"));

步驟二：通過對(duì)象輸出流的readObject()方法讀取對(duì)象：

User user = (User) ois.readObject();

說明：為了正確讀取數(shù)據(jù)，完成反序列化，必須保證向?qū)ο筝敵隽鲗憣?duì)象的順序與從對(duì)象輸入流中讀對(duì)象的順序一致。

6、序列化和反序列化的示例

為了更好地理解Java序列化與反序列化，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的示例如下：

public class SerialDemo {public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {//序列化FileOutputStream fos = new FileOutputStream("object.out");ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);User user1 = new User("xuliugen", "123456", "male");oos.writeObject(user1);oos.flush();oos.close();//反序列化FileInputStream fis = new FileInputStream("object.out");ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);User user2 = (User) ois.readObject();System.out.println(user2.getUserName()+ " " + user2.getPassword() + " " + user2.getSex());//反序列化的輸出結(jié)果為：xuliugen 123456 male} }public class User implements Serializable {private String userName;private String password;private String sex;//全參構(gòu)造方法、get和set方法省略 }

相關(guān)注意事項(xiàng)

1、序列化時(shí)，只對(duì)對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行保存，而不管對(duì)象的方法；

2、當(dāng)一個(gè)父類實(shí)現(xiàn)序列化，子類自動(dòng)實(shí)現(xiàn)序列化，不需要顯式實(shí)現(xiàn) Serializable 接口；

3、當(dāng)一個(gè)對(duì)象的實(shí)例變量引用其他對(duì)象，序列化該對(duì)象時(shí)也把引用對(duì)象進(jìn)行序列化；

4、并非所有的對(duì)象都可以序列化，至于為什么不可以，有很多原因了，比如：

• 安全方面的原因，比如一個(gè)對(duì)象擁有private，public等field，對(duì)于一個(gè)要傳輸?shù)膶?duì)象，比如寫到文件，或者進(jìn)行RMI傳輸?shù)鹊?#xff0c;在序列化進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，這個(gè)對(duì)象的private等域是不受保護(hù)的；
• 資源分配方面的原因，比如socket，thread類，如果可以序列化，進(jìn)行傳輸或者保存，也無法對(duì)他們進(jìn)行重新的資源分配，而且，也是沒有必要這樣實(shí)現(xiàn)；

5、聲明為static和transient類型的成員數(shù)據(jù)不能被序列化。因?yàn)閟tatic代表類的狀態(tài)，transient代表對(duì)象的臨時(shí)數(shù)據(jù)。

6、序列化運(yùn)行時(shí)使用一個(gè)稱為 serialVersionUID 的版本號(hào)與每個(gè)可序列化類相關(guān)聯(lián)，該序列號(hào)在反序列化過程中用于驗(yàn)證序列化對(duì)象的發(fā)送者和接收者是否為該對(duì)象加載了與序列化兼容的類。為它賦予明確的值。顯式地定義serialVersionUID有兩種用途：

• 在某些場(chǎng)合，希望類的不同版本對(duì)序列化兼容，因此需要確保類的不同版本具有相同的serialVersionUID；
• 在某些場(chǎng)合，不希望類的不同版本對(duì)序列化兼容，因此需要確保類的不同版本具有不同的serialVersionUID。

7、Java有很多基礎(chǔ)類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了serializable接口，比如String , Vector等。但是也有一些沒有實(shí)現(xiàn)serializable接口的；

8、如果一個(gè)對(duì)象的成員變量是一個(gè)對(duì)象，那么這個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)成員也會(huì)被保存！這是能用序列化解決深拷貝的重要原因；

ArrayList 序列化和反序列化的實(shí)現(xiàn) ：ArrayList 中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組是用 transient 修飾的，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)組是動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的，并不是所有的空間都被使用，因此就不需要所有的內(nèi)容都被序列化。通過重寫序列化和反序列化方法，使得可以只序列化數(shù)組中有內(nèi)容的那部分?jǐn)?shù)據(jù)。

private transient Object[] elementData;

參考資料：

• 序列化和反序列化的底層實(shí)現(xiàn)原理是什么？ - CSDN博客

常見的序列化協(xié)議有哪些

• COM主要用于Windows平臺(tái)，并沒有真正實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)，另外COM的序列化的原理利用了編譯器中虛表，使得其學(xué)習(xí)成本巨大。

• CORBA是早期比較好的實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)，跨語言的序列化協(xié)議。COBRA的主要問題是參與方過多帶來的版本過多，版本之間兼容性較差，以及使用復(fù)雜晦澀。

• XML & SOAP

  • XML是一種常用的序列化和反序列化協(xié)議，具有跨機(jī)器，跨語言等優(yōu)點(diǎn)。
  • SOAP（Simple Object Access protocol） 是一種被廣泛應(yīng)用的，基于XML為序列化和反序列化協(xié)議的結(jié)構(gòu)化消息傳遞協(xié)議。SOAP具有安全、可擴(kuò)展、跨語言、跨平臺(tái)并支持多種傳輸層協(xié)議。

• JSON（JavaScript Object Notation）

  • 這種Associative array格式非常符合工程師對(duì)對(duì)象的理解。
  • 它保持了XML的人眼可讀（Human-readable）的優(yōu)點(diǎn)。
  • 相對(duì)于XML而言，序列化后的數(shù)據(jù)更加簡(jiǎn)潔。
    
  • 它具備javascript的先天性支持，所以被廣泛應(yīng)用于Web browser的應(yīng)用常景中，是Ajax的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
  • 與XML相比，其協(xié)議比較簡(jiǎn)單，解析速度比較快。
  • 松散的Associative array使得其具有良好的可擴(kuò)展性和兼容性。

• Thrift是Facebook開源提供的一個(gè)高性能，輕量級(jí)RPC服務(wù)框架，其產(chǎn)生正是為了滿足當(dāng)前大數(shù)據(jù)量、分布式、跨語言、跨平臺(tái)數(shù)據(jù)通訊的需求。Thrift在空間開銷和解析性能上有了比較大的提升，對(duì)于對(duì)性能要求比較高的分布式系統(tǒng)，它是一個(gè)優(yōu)秀的RPC解決方案；但是由于Thrift的序列化被嵌入到Thrift框架里面，Thrift框架本身并沒有透出序列化和反序列化接口，這導(dǎo)致其很難和其他傳輸層協(xié)議共同使用

• Protobuf具備了優(yōu)秀的序列化協(xié)議的所需的眾多典型特征

  • 標(biāo)準(zhǔn)的IDL和IDL編譯器，這使得其對(duì)工程師非常友好。
  • 序列化數(shù)據(jù)非常簡(jiǎn)潔，緊湊，與XML相比，其序列化之后的數(shù)據(jù)量約為1/3到1/10。
  • 解析速度非常快，比對(duì)應(yīng)的XML快約20-100倍。
  • 提供了非常友好的動(dòng)態(tài)庫(kù)，使用非常簡(jiǎn)介，反序列化只需要一行代碼。由于其解析性能高，序列化后數(shù)據(jù)量相對(duì)少，非常適合應(yīng)用層對(duì)象的持久化場(chǎng)景

• Avro的產(chǎn)生解決了JSON的冗長(zhǎng)和沒有IDL的問題，Avro屬于Apache Hadoop的一個(gè)子項(xiàng)目。 Avro提供兩種序列化格式：JSON格式或者Binary格式。Binary格式在空間開銷和解析性能方面可以和Protobuf媲美，JSON格式方便測(cè)試階段的調(diào)試。適合于高性能的序列化服務(wù)。

• 幾種協(xié)議的對(duì)比

  • XML序列化（Xstream）無論在性能和簡(jiǎn)潔性上比較差；
  • Thrift與Protobuf相比在時(shí)空開銷方面都有一定的劣勢(shì)；
  • Protobuf和Avro在兩方面表現(xiàn)都非常優(yōu)越。

5、同步和異步

同步IO：

• 讀寫IO時(shí)代碼等數(shù)據(jù)返回后才繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼
• 代碼編寫簡(jiǎn)單，CPU執(zhí)行效率低
• JDK提供的java.io是同步IO

異步IO：

• 讀寫IO時(shí)僅發(fā)出請(qǐng)求，然后立即執(zhí)行后續(xù)代碼
• 代碼編寫復(fù)雜，CPU執(zhí)行效率高
• JDK提供的java.nio是異步IO

6、Java中的NIO，BIO，AIO分別是什么

• 同步阻塞IO（BIO）：用戶進(jìn)程發(fā)起一個(gè)IO操作以后，必須等待IO操作的真正完成后，才能繼續(xù)運(yùn)行；
• 同步非阻塞IO（NIO）：用戶進(jìn)程發(fā)起一個(gè)IO操作以后，可做其它事情，但用戶進(jìn)程需要經(jīng)常詢問IO操作是否完成，這樣造成不必要的CPU資源浪費(fèi)；

• 異步非阻塞IO（AIO）：用戶進(jìn)程發(fā)起一個(gè)IO操作然后，立即返回，等IO操作真正的完成以后，應(yīng)用程序會(huì)得到IO操作完成的通知。類比Future模式。

• 先來個(gè)例子理解一下概念，以銀行取款為例：
  • 同步 ： 自己親自出馬持銀行卡到銀行取錢（使用同步IO時(shí)，Java自己處理IO讀寫）。
  • 異步 ： 委托一小弟拿銀行卡到銀行取錢，然后給你（使用異步IO時(shí)，Java將IO讀寫委托給OS處理，需要將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址和大小傳給OS(銀行卡和密碼)，OS需要支持異步IO操作API）。
  • 阻塞 ： ATM排隊(duì)取款，你只能等待（使用阻塞IO時(shí)，Java調(diào)用會(huì)一直阻塞到讀寫完成才返回）。
  • 非阻塞 ： 柜臺(tái)取款，取個(gè)號(hào)，然后坐在椅子上做其它事，等號(hào)廣播會(huì)通知你辦理，沒到號(hào)你就不能去，你可以不斷問大堂經(jīng)理排到了沒有，大堂經(jīng)理如果說還沒到你就不能去（使用非阻塞IO時(shí)，如果不能讀寫Java調(diào)用會(huì)馬上返回，當(dāng)IO事件分發(fā)器會(huì)通知可讀寫時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行讀寫，不斷循環(huán)直到讀寫完成）。

BIO

定義：BIO 全稱Block-IO 是一種阻塞同步的通信模式。我們常說的Stock IO 一般指的是BIO。是一個(gè)比較傳統(tǒng)的通信方式，模式簡(jiǎn)單，使用方便。但并發(fā)處理能力低，通信耗時(shí)，依賴網(wǎng)速。

BIO 設(shè)計(jì)原理：

服務(wù)器通過一個(gè) Acceptor 線程負(fù)責(zé)監(jiān)聽客戶端請(qǐng)求和為每個(gè)客戶端創(chuàng)建一個(gè)新的線程進(jìn)行鏈路處理。典型的一請(qǐng)求一應(yīng)答模式。若客戶端數(shù)量增多，頻繁地創(chuàng)建和銷毀線程會(huì)給服務(wù)器打開很大的壓力。后改良為用線程池的方式代替新增線程，被稱為偽異步IO。

服務(wù)器提供IP地址和監(jiān)聽的端口，客戶端通過TCP的三次握手與服務(wù)器連接，連接成功后，雙放才能通過套接字(Stock)通信。

小結(jié)：

BIO模型中通過 Socket 和 ServerSocket 完成套接字通道的實(shí)現(xiàn)。阻塞，同步，建立連接耗時(shí)。

為了改進(jìn)這種一連接一線程的模型，我們可以使用線程池來管理這些線程（需要了解更多請(qǐng)參考前面提供的文章），實(shí)現(xiàn)1個(gè)或多個(gè)線程處理N個(gè)客戶端的模型（但是底層還是使用的同步阻塞I/O），通常被稱為“偽異步I/O模型“。

實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，我們只需要將新建線程的地方，交給線程池管理即可。

我們知道，如果使用 CachedThreadPool 線程池（不限制線程數(shù)量，如果不清楚請(qǐng)參考文首提供的文章），其實(shí)除了能自動(dòng)幫我們管理線程（復(fù)用），看起來也就像是1:1的客戶端：線程數(shù)模型，而使用 FixedThreadPool 我們就有效的控制了線程的最大數(shù)量，保證了系統(tǒng)有限的資源的控制，實(shí)現(xiàn)了N:M的偽異步 I/O 模型。

但是，正因?yàn)橄拗屏司€程數(shù)量，如果發(fā)生大量并發(fā)請(qǐng)求，超過最大數(shù)量的線程就只能等待，直到線程池中的有空閑的線程可以被復(fù)用。而對(duì) Socket 的輸入流就行讀取時(shí)，會(huì)一直阻塞，直到發(fā)生：

• 有數(shù)據(jù)可讀
• 可用數(shù)據(jù)以及讀取完畢
• 發(fā)生空指針或 I/O 異常

所以在讀取數(shù)據(jù)較慢時(shí)（比如數(shù)據(jù)量大、網(wǎng)絡(luò)傳輸慢等），大量并發(fā)的情況下，其他接入的消息，只能一直等待，這就是最大的弊端。

而后面即將介紹的NIO，就能解決這個(gè)難題。

NIO

NIO（官方：New IO），也叫Non-Block IO 是一種同步非阻塞的通信模式。

NIO 設(shè)計(jì)原理：

NIO相對(duì)于BIO來說一大進(jìn)步。客戶端和服務(wù)器之間通過Channel通信。NIO可以在Channel進(jìn)行讀寫操作。這些Channel都會(huì)被注冊(cè)在Selector多路復(fù)用器上。Selector通過一個(gè)線程不停的輪詢這些Channel。找出已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的Channel執(zhí)行IO操作。
NIO 通過一個(gè)線程輪詢，實(shí)現(xiàn)千萬個(gè)客戶端的請(qǐng)求，這就是非阻塞NIO的特點(diǎn)。

1）緩沖區(qū)Buffer：它是NIO與BIO的一個(gè)重要區(qū)別。BIO是將數(shù)據(jù)直接寫入或讀取到Stream對(duì)象中。而NIO的數(shù)據(jù)操作都是在緩沖區(qū)中進(jìn)行的。緩沖區(qū)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)組。Buffer最常見的類型是ByteBuffer，另外還有CharBuffer，ShortBuffer，IntBuffer，LongBuffer，FloatBuffer，DoubleBuffer。

2）通道Channel：和流不同，通道是雙向的。NIO可以通過Channel進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀，寫和同時(shí)讀寫操作。通道分為兩大類：一類是網(wǎng)絡(luò)讀寫（SelectableChannel），一類是用于文件操作（FileChannel），我們使用的SocketChannel和ServerSocketChannel都是SelectableChannel的子類。

3）多路復(fù)用器Selector：NIO編程的基礎(chǔ)。多路復(fù)用器提供選擇已經(jīng)就緒的任務(wù)的能力。就是Selector會(huì)不斷地輪詢注冊(cè)在其上的通道（Channel），如果某個(gè)通道處于就緒狀態(tài)，會(huì)被Selector輪詢出來，然后通過SelectionKey可以取得就緒的Channel集合，從而進(jìn)行后續(xù)的IO操作。服務(wù)器端只要提供一個(gè)線程負(fù)責(zé)Selector的輪詢，就可以接入成千上萬個(gè)客戶端，這就是JDK NIO庫(kù)的巨大進(jìn)步。

小結(jié)：NIO模型中通過SocketChannel和ServerSocketChannel完成套接字通道的實(shí)現(xiàn)。非阻塞/阻塞，同步，避免TCP建立連接使用三次握手帶來的開銷。

AIO (NIO.2)

• 異步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)有效請(qǐng)求一個(gè)線程，客戶端的I/O請(qǐng)求都是由OS先完成了再通知服務(wù)器應(yīng)用去啟動(dòng)線程進(jìn)行處理.
• AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長(zhǎng)（重操作）的架構(gòu)，比如相冊(cè)服務(wù)器，充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開始支持。

AIO 并沒有采用NIO的多路復(fù)用器，而是使用異步通道的概念。其read，write方法的返回類型都是Future對(duì)象。而Future模型是異步的，其核心思想是：去主函數(shù)等待時(shí)間。

小結(jié)：AIO模型中通過AsynchronousSocketChannel和AsynchronousServerSocketChannel完成套接字通道的實(shí)現(xiàn)。非阻塞，異步。

總結(jié)

BIO模型中通過Socket和ServerSocket完成套接字通道實(shí)現(xiàn)。阻塞，同步，連接耗時(shí)。

NIO模型中通過SocketChannel和ServerSocketChannel完成套接字通道實(shí)現(xiàn)。非阻塞/阻塞，同步，避免TCP建立連接使用三次握手帶來的開銷。

AIO模型中通過AsynchronousSocketChannel和AsynchronousServerSocketChannel完成套接字通道實(shí)現(xiàn)。非阻塞，異步。

另外，I/O屬于底層操作，需要操作系統(tǒng)支持，并發(fā)也需要操作系統(tǒng)的支持，所以性能方面不同操作系統(tǒng)差異會(huì)比較明顯。

參考：

• Java BIO、NIO、AIO 學(xué)習(xí)-力量來源于赤誠(chéng)的愛！-51CTO博客
• Netty序章之BIO NIO AIO演變 - JavaEE教程 - SegmentFault 思否
• Java 網(wǎng)絡(luò)IO編程總結(jié)（BIO、NIO、AIO均含完整實(shí)例代碼） - CSDN博客
• Java IO Tutorial

7、BIO，NIO，AIO區(qū)別

• BIO（同步阻塞）：客戶端和服務(wù)器連接需要三次握手，使用簡(jiǎn)單，但吞吐量小
• NIO（同步非阻塞）：客戶端與服務(wù)器通過Channel連接，采用多路復(fù)用器輪詢注冊(cè)的Channel。提高吞吐量和可靠性。
• AIO（異步非阻塞）：NIO的升級(jí)版，采用異步通道實(shí)現(xiàn)異步通信，其read和write方法均是異步方法。

8、Stock通信的偽代碼實(shí)現(xiàn)流程

服務(wù)器綁定端口：server = new ServerSocket(PORT)

服務(wù)器阻塞監(jiān)聽：socket = server.accept()

服務(wù)器開啟線程：new Thread(Handle handle)

服務(wù)器讀寫數(shù)據(jù)：BufferedReader PrintWriter

客戶端綁定IP和PORT：new Socket(IP_ADDRESS, PORT)

客戶端傳輸接收數(shù)據(jù)：BufferedReader PrintWriter

9、網(wǎng)絡(luò)操作

Java 中的網(wǎng)絡(luò)支持：

• InetAddress：用于表示網(wǎng)絡(luò)上的硬件資源，即 IP 地址；
• URL：統(tǒng)一資源定位符；
• Sockets：使用 TCP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；
• Datagram：使用 UDP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。

InetAddress

沒有公有構(gòu)造函數(shù)，只能通過靜態(tài)方法來創(chuàng)建實(shí)例。

InetAddress.getByName(String host); InetAddress.getByAddress(byte[] address);

URL

可以直接從 URL 中讀取字節(jié)流數(shù)據(jù)。

public static void main(String[] args) throws IOException {URL url = new URL("http://www.baidu.com");// 字節(jié)流InputStream is = url.openStream();// 字符流InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");BufferedReader br = new BufferedReader(isr);String line = br.readLine();while (line != null) {System.out.println(line);line = br.readLine();}br.close(); }

Sockets

• ServerSocket：服務(wù)器端類
• Socket：客戶端類
• 服務(wù)器和客戶端通過 InputStream 和 OutputStream 進(jìn)行輸入輸出。

參考資料：

• 使用TCP/IP的套接字（Socket）進(jìn)行通信 - alps_01 - 博客園

Datagram

• DatagramPacket：數(shù)據(jù)包類
• DatagramSocket：通信類

什么是Socket？

TCP用主機(jī)的IP地址加上主機(jī)上的端口號(hào)作為TCP連接的端點(diǎn)，這種端點(diǎn)就叫做套接字（socket）或插口。

套接字用（IP地址：端口號(hào)）表示。

Socket是進(jìn)程通訊的一種方式，即調(diào)用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)的一些API函數(shù)實(shí)現(xiàn)分布在不同主機(jī)的相關(guān)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換。

socket是網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)，本文用打電話來類比socket通信中建立TCP連接的過程。

socket函數(shù)：表示你買了或者借了一部手機(jī)。
bind函數(shù)：告訴別人你的手機(jī)號(hào)碼，讓他們給你打電話。
listen函數(shù)：打開手機(jī)的鈴聲，而不是靜音，這樣有電話時(shí)可以立馬反應(yīng)。listen函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)，最大連接數(shù)，表示最多有幾個(gè)人可以同時(shí)撥打你的號(hào)碼。不過我們的手機(jī)，最多只能有一個(gè)人打進(jìn)來，要不然就提示占線。
connect函數(shù)：你的朋友知道了你的號(hào)碼，通過這個(gè)號(hào)碼來聯(lián)系你。在他等待你回應(yīng)的時(shí)候，不能做其他事情，所以connect函數(shù)是阻塞的。
accept函數(shù)：你聽到了電話鈴聲，接電話，accept it！然后“喂”一聲，你的朋友聽到你的回應(yīng)，知道電話已經(jīng)打進(jìn)去了。至此，一個(gè)TCP連接建立了。
read/write函數(shù)：連接建立后，TCP的兩端可以互相收發(fā)消息，這時(shí)候的連接是全雙工的。對(duì)應(yīng)打電話中的電話煲。
close函數(shù)：通話完畢，一方說“我掛了”，另一方回應(yīng)"你掛吧"，然后將連接終止。實(shí)際的close(sockfd)有些不同，它不止是終止連接，還把手機(jī)也歸還，不在占有這部手機(jī)，就當(dāng)是公用電話吧。

注意到，上述連接是阻塞的，你一次只能響應(yīng)一個(gè)用戶的連接請(qǐng)求，但在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)編程中，一個(gè)服務(wù)器服務(wù)于多個(gè)客戶，上述方案也就行不通了，怎么辦？想一想10086，移動(dòng)的聲訊服務(wù)臺(tái)，也是只有一個(gè)號(hào)碼，它怎么能同時(shí)服務(wù)那么多人呢？可以這樣理解，在你打電話到10086時(shí)，總服務(wù)臺(tái)會(huì)讓一個(gè)接線員來為你服務(wù)，而它自己卻繼續(xù)監(jiān)聽有沒有新的電話接入。在網(wǎng)絡(luò)編程中，這個(gè)過程類似于fork一個(gè)子進(jìn)程，建立實(shí)際的通信連接，而主進(jìn)程繼續(xù)監(jiān)聽。10086的接線員是有限的，所以當(dāng)連接的人數(shù)達(dá)到上線時(shí)，它會(huì)放首歌給你聽，忙等待，直到有新的空閑接線員為止。
實(shí)際網(wǎng)絡(luò)編程中，處理并發(fā)的方式還有select/poll/epoll等。

下面是一個(gè)實(shí)際的socket通信過程：

Socket的特點(diǎn)

Socket基于TCP鏈接，數(shù)據(jù)傳輸有保障

Socket適用于建立長(zhǎng)時(shí)間鏈接

Socket編程通常應(yīng)用于即時(shí)通訊

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總結(jié)

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