IO

共计 1924 个字符，预计需要花费 5 分钟才能阅读完成。

IO 是指 Input/Output，即输入和输出。以内存为中心：

• Input 指从外部读入数据到内存，例如，把文件从磁盘读取到内存，从网络读取数据到内存等等。
• Output 指把数据从内存输出到外部，例如，把数据从内存写入到文件，把数据从内存输出到网络等等。

为什么要把数据读到内存才能处理这些数据？因为代码是在内存中运行的，数据也必须读到内存，最终的表示方式无非是 byte 数组，字符串等，都必须存放在内存里。

从 Java 代码来看，输入实际上就是从外部，例如，硬盘上的某个文件，把内容读到内存，并且以 Java 提供的某种数据类型表示，例如，byte[]，String，这样，后续代码才能处理这些数据。

因为内存有“易失性”的特点，所以必须把处理后的数据以某种方式输出，例如，写入到文件。Output 实际上就是把 Java 表示的数据格式，例如，byte[]，String等输出到某个地方。

IO 流是一种顺序读写数据的模式，它的特点是单向流动。数据类似自来水一样在水管中流动，所以我们把它称为 IO 流。

InputStream / OutputStream

IO 流以 byte（字节）为最小单位，因此也称为 字节流。例如，我们要从磁盘读入一个文件，包含 6 个字节，就相当于读入了 6 个字节的数据：

╔═══════════╗
║  Memory   ║
╚═══════════╝
      ▲
      │0x48
      │0x65
      │0x6c
      │0x6c
      │0x6f
      │0x21
╔═══════════╗
║ Hard Disk ║
╚═══════════╝

这 6 个字节是按顺序读入的，所以是输入字节流。

反过来，我们把 6 个字节从内存写入磁盘文件，就是输出字节流：

╔═══════════╗
║  Memory   ║
╚═══════════╝
      │0x21
      │0x6f
      │0x6c
      │0x6c
      │0x65
      │0x48
      ▼
╔═══════════╗
║ Hard Disk ║
╚═══════════╝

在 Java 中，InputStream代表输入字节流，OuputStream代表输出字节流，这是最基本的两种 IO 流。

Reader / Writer

如果我们需要读写的是字符，并且字符不全是单字节表示的 ASCII 字符，那么，按照 char 来读写显然更方便，这种流称为 字符流。

Java 提供了 Reader 和Writer表示字符流，字符流传输的最小数据单位是char。

例如，我们把 char[] 数组 Hi 你好 这 4 个字符用 Writer 字符流写入文件，并且使用 UTF- 8 编码，得到的最终文件内容是 8 个字节，英文字符 H 和i各占一个字节，中文字符 你好 各占 3 个字节：

0x48
0x69
0xe4bda0
0xe5a5bd

反过来，我们用 Reader 读取以 UTF- 8 编码的这 8 个字节，会从 Reader 中得到 Hi 你好 这 4 个字符。

因此，Reader和 Writer 本质上是一个能自动编解码的 InputStream 和OutputStream。

使用 Reader，数据源虽然是字节，但我们读入的数据都是char 类型的字符，原因是 Reader 内部把读入的 byte 做了解码，转换成了 char。使用InputStream，我们读入的数据和原始二进制数据一模一样，是byte[] 数组，但是我们可以自己把二进制 byte[] 数组按照某种编码转换为字符串。究竟使用 Reader 还是 InputStream，要取决于具体的使用场景。如果数据源不是文本，就只能使用InputStream，如果数据源是文本，使用 Reader 更方便一些。Writer 和OutputStream是类似的。

同步和异步

同步 IO 是指，读写 IO 时代码必须等待数据返回后才继续执行后续代码，它的优点是代码编写简单，缺点是 CPU 执行效率低。

而异步 IO 是指，读写 IO 时仅发出请求，然后立刻执行后续代码，它的优点是 CPU 执行效率高，缺点是代码编写复杂。

Java 标准库的包 java.io 提供了同步 IO，而 java.nio 则是异步 IO。上面我们讨论的 InputStream、OutputStream、Reader 和Writer都是同步 IO 的抽象类，对应的具体实现类，以文件为例，有 FileInputStream、FileOutputStream、FileReader 和FileWriter。

本节我们只讨论 Java 的同步 IO，即输入 / 输出流的 IO 模型。

小结

IO 流是一种流式的数据输入 / 输出模型：

• 二进制数据以 byte 为最小单位在 InputStream/OutputStream 中单向流动；
• 字符数据以 char 为最小单位在 Reader/Writer 中单向流动。

Java 标准库的 java.io 包提供了同步 IO 功能：

• 字节流接口：InputStream/OutputStream；
• 字符流接口：Reader/Writer。