Java I/O（1）：模型與流

在1990年以前，有一幫工程師們認為未來（1990年以後）會有很多小型裝置需要得到電腦操控（不得不說，想法非常超前），鑑於當時市面上並沒有任何一款程式語言能夠跨平臺，而且能夠在諸如烤麵包機這種小型裝置上運轉，所以他們決定自己創造一個，玩一把大的。

於是Java誕生了。

為了兼顧裝置之間的檔案處理，Java在誕生之初就具備了檔案讀寫能力，只不過那時候還是借用的Linux中的I/O概念。因此可以說Java的I/O體系基本上就是Linux核心I/O模型的翻版。

對於Linux而言，整個內部結構可分為三部分：底層硬體架構、核心空間和使用者空間。

核心空間中存放核心程式碼和資料，而使用者空間中存放的是不同使用者應用程序的程式碼和資料。

 

 

 

不管是核心空間還是使用者空間，它們都處於虛擬儲存空間（定址空間）中——現在很多計算機都是64位元作業系統的，那麼理論上，它的定址空間就是2的64次方（264）：

 

 

 

具體Linux怎麼工作的就不說了，總之很牛逼。

從Java I/O出現以來，已經經歷了五種模型（知道就好了，不用記，也記不住，記住了也用不著）：

1、阻塞I/O（Blocking I/O）

 

 

 

2、非阻塞I/O（Non-Blocking I/O，又叫NIO）

 

 

 

3、I/O複用

 

 

 

4、訊號驅動I/O（Signal Driven I/O）

 

 

 

5、非同步I/O（Asynchrnous I/O，又叫AIO）

 

 

 

這五種I/O模型的分類是：

 

 

 

看看這些圖就可以了，也不需要深究，重點還是要了解Java程式碼怎麼寫。

早期的Java I/O都是基於阻塞I/O模型的，也就是BIO，它分為兩個部分：流式部分和非流式部分。Java對流的定義是：流是一組有順序的，有起點和終點的位元組集合，是對資料傳輸的抽象——資料在裝置間的傳輸稱為流（後面的流式程式設計還會提到它）。

流式部分：是根據不同的資料流向，分為輸入流Input和輸出流Output，對輸入流只能進行讀操作，對輸出流只能進行寫操作。根據不同的資料編碼，又分為位元組流Byte和字元流Char，字元流的本質其實就是基於位元組流讀取時，通過指定的編碼表將位元組轉換為字元，位元組流可以處理所有的資料型別，而字元流只能處理字元型別的資料。

非流式部分：包含一些輔助類，如File、FileDescriptor、RandomAccessFile、SerializablePermission等，也就是直接操作具體的檔案。

按資料格式，流可以分為：

位元組流：以8位元（即1byte，8bit）作為一個資料單元，資料流中最小的資料單元是位元組。

字元流：以16位元（即1char，2byte，16bit）作為一個資料單元，資料流中最小的資料單元是字元，Java中的字元是Unicode編碼，一個字元佔用兩個位元組。

依據位元組流，Java定義了抽象基礎類別InputStream/OutputStream。

而依據字元流，Java定義了抽象基礎類別Reader/Writer。

然後Java再根據不同應用場景或功能，通過繼承這兩種抽象基礎類別派生出子類，用來滿足檔案、網路、管道等不同場景的I/O需求，從而形成了Java的基本I/O體系。

 

 

 

按用途，流又可以分為處理流與裝飾流：

 

 

 

按操作方式分類：

 

 

 

按操作物件分類：

 

 

 

一般用虛線連線的類會搭配使用：

 

 

 

 

 

 

在高效能的I/O應用中，有幾個名詞經常出現：同步/非同步、阻塞/非阻塞、同步阻塞/同步非阻塞、非同步阻塞/非同步非阻塞。

同步/非同步、阻塞/非阻塞，這兩組概念其實說的是一個事情。

同步：使用者程序觸發I/O操作並等待或者輪詢的去檢視I/O操作是否就緒，比如上廁所這件事，就必須自己親自幹，不能一邊上廁所一邊逛街；

非同步：使用者程序觸發IO操作以後就可以響應其他的任務請求，而當I/O操作完成時會得到系統通知（非同步的特點就是通知），比如把衣服丟到洗衣機裡你就會去幹別的事情了，衣服洗好了洗衣機會通知你取出來；

阻塞：和同步一樣，在程式完成指定的任務之前，什麼都不幹，一直等待著，直到完成任務，比如上廁所沒坑了，但附近又沒有別的衛生間，只好在門口一直等著；

非阻塞：和非同步一樣，不會為了某個任務或事件一直等待而不響應其他請求，比如你可以一邊上廁所一邊玩手機。

至於同步阻塞/同步非阻塞/非同步阻塞/非同步非阻塞，無非就是以上概念的變體而已。

 

I/O是Java中比較裹人的概念之二，非常枯燥，沒辦法。看看就行，理解不了那就多敲程式碼。