Java——IO流

流的理解

在很多时候，流（Stream）是字节流（Byte Steram）的简称，也就是长长的一串字节，当然，除了字节流，我们还可以有视频流、音频流、数据流。流只有一个特征就是连续，流可以没有头可以没有尾，甚至可能没有绝对的位置（因为无头无尾），但是由于流是连续的，所以有相对位置。

但也有人更倾向于流是类库或执行环境中的数据流概念，而不是编程语言里的概念。这种“流”的典型代表好比Java里的InputStream，OutputStream。而说起编程语言里的Stream，应该说是一种“延迟执行”的序列构造，典型代表是Java 8里 java.util.stream 的那些东西。

参见：https://www.zhihu.com/question/27996269/answer/38960397

流有哪些分类？

可以从不同的角度对流进行分类：

1. 处理的数据单位不同，可分为：字符流，字节流
2. 数据流方向不同，可分为：输入流，输出流
3. 功能不同，可分为：节点流，处理流

1 和 2 都比较好理解，对于根据功能分类的，可以这么理解。

节点流：节点流从一个特定的数据源读写数据。即节点流是直接操作文件，网络等的流，例如FileInputStream和FileOutputStream，他们直接从文件中读取或往文件中写入字节流。

处理流：“连接”在已存在的流（节点流或处理流）之上通过对数据的处理为程序提供更为强大的读写功能。过滤流是使用一个已经存在的输入流或输出流连接创建的，过滤流就是对节点流进行一系列的包装。例如BufferedInputStream和BufferedOutputStream，使用已经存在的节点流来构造，提供带缓冲的读写，提高了读写的效率，以及DataInputStream和DataOutputStream，使用已经存在的节点流来构造，提供了读写Java中的基本数据类型的功能。他们都属于过滤流。

流结构介绍


参见文章： http://www.cnblogs.com/shitouer/archive/2012/12/19/2823641.html

为什么使用缓冲区

FileOutPutStream 继承 OutputStream,并不提供 flush() 方法的重写所以无论内容多少write都会将二进制流直接传递给底层操作系统的I/O,flush无效果。而 Buffered 系列的输入输出流函数单从Buffered这个单词就可以看出他们是使用缓冲区的。应用程序每次IO都要和设备进行通信，效率很低，因此缓冲区为了提高效率，当写入设备时，先写入缓冲区，每次等到缓冲区满了时，就将数据一次性整体写入设备，避免了每一个数据都和IO进行一次交互，IO交互消耗太大。

什么时候使用flush（）

　对于输出的缓冲流，写出的数据，会先写入到内存中，再使用flush方法将内存中的数据刷到硬盘。所以，在使用字符缓冲流的时候，一定要先flush，然后再close，避免数据丢失。jdk源码中有的类中的close方法会调用flush的，所以也可不需要先flush；但有的时候需要手动的调用flush， 比如 socket 套接字。
　

默认缓冲区大小

8192个字节。
可以去jdk中查看 BufferedReader 类的源代码，里面定义了 private static int defaultCharBufferSize = 8192 即8K。

使用flush()和不使用flush()效果对比参见文章：https://segmentfault.com/a/1190000003804439

为什么关闭流

java本身是带GC的，所以对象在消除引用之后，按正常是能够被回收的，那么为什么会有关闭操作?
这是为了回收系统资源，主要是端口(网络IO),文件句柄(输入输出)等，通常涉及的场景也是操作文件，网络操作、数据库应用等。对于类unix系统，所有东西都是抽象成文件的，所以可以通过lsof来观察。

在Java中如果执行过多的流操作或者开启过多未关闭的Socket，并且没有及时的关闭，就可能会出现too many open files 的错误。这就是因为系统的文件句柄数不够了. 查看文件句柄数 ulimit -n, 修改文件句柄数 ulimit -n 2048

参见文章从流关闭说起：http://mccxj.github.io/blog/20130821_java-hell-stream-close.html

流的关闭顺序

一般情况下是：先打开的后关闭，后打开的先关闭
另一种情况：看依赖关系，如果流a依赖流b，应该先关闭流a，再关闭流b
例如处理流a依赖节点流b，应该先关闭处理流a，再关闭节点流b
当然完全可以只关闭处理流，不用关闭节点流。处理流关闭的时候，会调用其处理的节点流的关闭方法，比如看BufferedInputStream
类的close方法的实现
如果将节点流关闭以后再关闭处理流，会抛出IO异常；

建议：
关闭流只需要关闭最外层的包装流，其他流会自动调用关闭，这样可以保证不会抛异常。如：

bw.close();      //最外层包装流//下面三个无顺序osw = null;fos = null;bw = null;

注意的是，有些方法中close方法除了调用被包装流的close方法外还会把包装流置为null，方便JVM回收。

也可以使用 Try-with-resources

 try(FileInputStream input = new FileInputStream("file.txt"); BufferedInputStream bufferedInput = new BufferedInputStream(input)        ) {            int data = bufferedInput.read();            while(data != -1){                System.out.print((char) data);        data = bufferedInput.read();            }        }

上面的例子在try关键字后的括号里创建了两个资源——FileInputStream 和BufferedInputStream。当程序运行离开try语句块时，这两个资源都会被自动关闭。
这些资源将按照他们被创建顺序的逆序来关闭。首先BufferedInputStream 会被关闭，然后FileInputStream会被关闭。

参考文章
Java IO包装流如何关闭？ ： http://www.cnblogs.com/qqzy168/p/3670915.html (不完善)
Java IO流关闭问题的深入研究： http://blog.csdn.net/maxwell_nc/article/details/49151005 （对上面有补充）

IO流使用的设计模式

IO流主要使用了装饰模式

阻塞非阻塞与同步异步

在IO中经常听到这些名词，这里引用个不错的解释。

• 同步与异步

同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。
换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。

而异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

典型的异步编程模型比如Node.js

举个通俗的例子：
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下”，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。
而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

• 阻塞与非阻塞

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

还是上面的例子，
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。
在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

参见文章：https://www.zhihu.com/question/19732473