IO核心知识（内核、IO模型、字节流、装饰、字符流、Closable）

IO核心知识

预备知识

1、内核空间与用户空间

操作系统采用虚拟存储器，虚拟存储空间（提示：x位系统的存储空间大小为2^x byte，）可分为内核空间和用户空间。内核空间管理硬件设备，并提供系统调用。

于是有如下步骤：

用户空间通过系统调用访问内核空间，内核空间通过驱动访问硬件。

2、系统调用需要等待哪些操作？

①等待内核空间通过驱动发送指令，将读的数据传输到文件描述符（File Descriptor）指向的结构体指针的缓冲区中，并将文件描述符返回给用户区。

②等待用户区通过文件描述符将内核空间的缓冲区数据传输到用户区。

5种IO模型

1、阻塞式IO

系统调用后，便进入阻塞状态，等待上面的①、②操作完成。

2、非阻塞式IO

系统调用后，立即返回文件描述符，此时需要状态码来判断操作发生错误、操作未完成还是操作已完成。由于可能操作未完成，则需要不断的轮询。

3、复用式IO

由于非阻塞式IO需要不断进行用户空间的轮询，而复用式IO使用内核空间的轮询，提升效率。

4、信号驱动式IO

系统调用后，将不用等待上面的①操作完成，内核空间数据准备好后，将会通知用户空间。

5、异步IO

系统调用后，将不用等待上面的①、②操作完成。用户数据准备好后，将会通知应用程序。

常用IO流

IO流的数据源是字节或字节数组，当然基本数据类型、对象、文件都能转换为字节数组。

1、InputStream

InputStream是一个抽象类，即表示所有字节输入流实现类的基类。

InputStream定义了一套IO规范，并没有具体的实现。

核心方法

//读取一个字节

public abstract int read() throws IOException;

2、OutputStream

OutputStream也是一个抽象类，即表示所有字节输入流实现类的基类。

核心方法

//写入一个字节

public abstract void write(int b) throws IOException;

3、FilterInputStream和FilterOutputStream

FilterInputStream是为各种InputStream实现类提供的“装饰器模式”的基类。因此，可以分为原始的字节流和“装饰”过的功能封装字节流。

FilterInputStream核心方法

//构造器

public FileInputStream(File file) throws FileNotFoundException {

//略...

this.fd = new FileDescriptor();

this.fd.incrementAndGetUseCount();

this.path = name;

open(name);

}

//打开文件

private native void open(String name) throws FileNotFoundException;

//读取一个字节

private native int read0() throws IOException;

FilterOutputStream核心方法

//构造器

public FileOutputStream(File file, boolean append) throws FileNotFoundException { //略...

this.fd = new FileDescriptor(); this.append = append; this.path = name; fd.incrementAndGetUseCount(); open(name, append);}

//打开文件

private native void open(String name) throws FileNotFoundException;

//写入一个字节

private native void write(int b, boolean append) throws IOException;

Buffered和Data

1、Buffered

BufferedInputStream能为输入流提供缓冲区，能提高很多IO的速度。你可以一次读取一大块的数据，而不需要每次从网络或者磁盘中一次读取一个字节。特别是在访问大量磁盘数据时，缓冲通常会让IO快上许多。

与BufferedInputStream类似，BufferedOutputStream可以为输出流提供缓冲区。

唯一不同的是，需要手动flush()方法确保写入到此输出流的数据真正写入到磁盘或者网络中。

2、Data

DataInputStream可以使你从输入流中读取Java基本类型数据。

DataOutputStream可以往输出流中写入Java基本类型数据。

Reader和Writer

1、Reader

Reader是一个抽象类，即表示所有字符输入流实现类的基类。

Reader定义了字符流操作的规范，并没有具体的实现。

核心方法

//读取字符数组，由子类实现

abstract public int read(char cbuf[], int off, int len) throws IOException;

实现类有InputStreamReader、BufferedReader（推荐）。

2、Writer

Writer也是一个抽象类，即表示所有字符输入流实现类的基类。

核心方法

//写入一个字节

public abstract void write(int b) throws IOException;

public void write(int c) throws IOException {

se.write(c);

}

实现类有OutputStreamWriter、BufferedWriter、PrintWriter（推荐）。

为什么推荐PrintWriter呢？

1、PrintWriter的构造方法更多，可传入字符串（文件路径）、File、OutputStream、Writer，并可以设置编码类型和自动Flush。

2、PrintWriter的print、println方法可以接受任意类型的参数，而BufferedWriter的write方法只能接受字符、字符数组和字符串。PrintWriter的println方法自动添加换行，BufferedWriter需要显示调用newLine方法。

3、PrintWriter的方法不会抛异常，若关心异常，需要调用checkError方法看是否有异常发生

try-with-resource

我们可以看到InputStream、OutputStream实现了Closable接口。

然后发现Closable继承AutoClosable接口。

AutoClosable是JDK1.7引入的，它会自动帮我们执行关闭操作。

编译器将Java代码编译成字节码的时候，会在try-with-resource的代码片段后添加执行close方法的字节码指令。