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2022-03-09
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Java IO

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# Java IO

# 43.Selector-Java面试题

Selector 类是 NIO 的核心类，Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来，只是用一个单线程就可以管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

# 42.Buffer-Java面试题

Buffer，故名思意，缓冲区，实际上是一个容器，是一个连续数组。Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer。

上面的图描述了从一个客户端向服务端发送数据，然后服务端接收数据的过程。客户端发送数据时，必须先将数据存入 Buffer 中，然后将 Buffer 中的内容写入通道。服务端这边接收数据必须通过 Channel 将数据读入到 Buffer 中，然后再从 Buffer 中取出数据来处理。在 NIO 中，Buffer 是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的 Buffer 的子类有：

ByteBuffer、IntBuffer、 CharBuffer、 LongBuffer、 DoubleBuffer、FloatBuffer、ShortBuffer

# 41.Channel-Java面试题

首先说一下 Channel，国内大多翻译成“通道”。Channel 和 IO 中的 Stream(流)是差不多一个等级的。只不过 Stream 是单向的，譬如：InputStream, OutputStream，而 Channel 是双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。

NIO 中的 Channel 的主要实现有：

  1. FileChannel
  2. DatagramChannel
  3. SocketChannel
  4. ServerSocketChannel

这里看名字就可以猜出个所以然来：分别可以对应文件 IO、UDP 和 TCP（Server 和 Client）。下面演示的案例基本上就是围绕这 4 个类型的 Channel 进行陈述的。

# 40.NIO 的非阻塞-Java面试题

IO 的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用 read() 或write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。 NIO 的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。 线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其它通道上执行 IO 操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。

# 39.NIO 的缓冲区-Java面试题

Java IO 面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。NIO 的缓冲导向方法不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

# 38.JAVA NIO-Java面试题

NIO 主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector。传统 IO 基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel 和 Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道

NIO 和传统 IO 之间第一个最大的区别是，IO 是面向流的，NIO 是面向缓冲区的。

# 37.异步 IO 模型-Java面试题

异步 IO 模型才是最理想的 IO 模型，在异步 IO 模型中，当用户线程发起 read 操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从内核的角度，当它受到一个asynchronous read 之后，它会立刻返回，说明 read 请求已经成功发起了，因此不会对用户线程产生任何 block。然后，内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户线程，当这一切都完成之后，内核会给用户线程发送一个信号，告诉它 read 操作完成了。也就说用户线程完全不需要实际的整个 IO 操作是如何进行的，只需要先发起一个请求，当接收内核返回的成功信号时表示 IO 操作已经完成，可以直接去使用数据了。
也就说在异步 IO 模型中，IO 操作的两个阶段都不会阻塞用户线程，这两个阶段都是由内核自动完成，然后发送一个信号告知用户线程操作已完成。用户线程中不需要再次调用 IO 函数进行具体的读写。这点是和信号驱动模型有所不同的，在信号驱动模型中，当用户线程接收到信号表示数据已经就绪，然后需要用户线程调用 IO 函数进行实际的读写操作；而在异步 IO 模型中，收到信号表示 IO 操作已经完成，不需要再在用户线程中调用 IO 函数进行实际的读写操作。

注意，异步 IO 是需要操作系统的底层支持，在 Java 7 中，提供了 Asynchronous IO。

# 36.信号驱动 IO 模型-Java面试题

在信号驱动 IO 模型中，当用户线程发起一个 IO 请求操作，会给对应的 socket 注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用 IO 读写操作来进行实际的 IO 请求操作。

# 35.多路复用 IO 模型-Java面试题

多路复用 IO 模型是目前使用得比较多的模型。Java NIO 实际上就是多路复用 IO。在多路复用 IO模型中，会有一个线程不断去轮询多个 socket 的状态，只有当 socket 真正有读写事件时，才真正调用实际的 IO 读写操作。因为在多路复用 IO 模型中，只需要使用一个线程就可以管理多个socket，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程，并且只有在真正有socket 读写事件进行时，才会使用 IO 资源，所以它大大减少了资源占用。在 Java NIO 中，是通过 selector.select()去查询每个通道是否有到达事件，如果没有事件，则一直阻塞在那里，因此这种方式会导致用户线程的阻塞。多路复用 IO 模式，通过一个线程就可以管理多个 socket，只有当socket 真正有读写事件发生才会占用资源来进行实际的读写操作。因此，多路复用 IO 比较适合连接数比较多的情况。

另外多路复用 IO 为何比非阻塞 IO 模型的效率高是因为在非阻塞 IO 中，不断地询问 socket 状态时通过用户线程去进行的，而在多路复用 IO 中，轮询每个 socket 状态是内核在进行的，这个效率要比用户线程要高的多。

不过要注意的是，多路复用 IO 模型是通过轮询的方式来检测是否有事件到达，并且对到达的事件逐一进行响应。因此对于多路复用 IO 模型来说，一旦事件响应体很大，那么就会导致后续的事件迟迟得不到处理，并且会影响新的事件轮询。

# 34.非阻塞 IO 模型-Java面试题

当用户线程发起一个 read 操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个error 时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送 read 操作。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。所以事实上，在非阻塞 IO 模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就说非阻塞 IO不会交出 CPU，而会一直占用 CPU。典型的非阻塞 IO 模型一般如下：

while(true){
data = socket.read();
if(data!= error){
处理数据
break;
}
}

但是对于非阻塞 IO 就有一个非常严重的问题，在 while 循环中需要不断地去询问内核数据是否就绪，这样会导致 CPU 占用率非常高，因此一般情况下很少使用 while 循环这种方式来读取数据。

# 33.阻塞 IO 模型-Java面试题

最传统的一种 IO 模型，即在读写数据过程中会发生阻塞现象。当用户线程发出 IO 请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出 CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除 block 状态。典型的阻塞 IO 模型的例子为：data = socket.read();如果数据没有就绪，就会一直阻塞在 read 方法。

# IO多路复用的底层原理-Java面试题

IO多路复用使用两个系统调用(select/poll/epoll和recvfrom)，blocking IO只调用了 recvfrom；select/poll/epoll 核心是可以同时处理多个connection，而不是更快，所以连接 数不高的话，性能不一定比多线程+阻塞IO好,多路复用模型中，每一个socket，设置为nonblocking,阻塞是被select这个函数block，而不是被socket阻塞的。

  1. select机制

客户端操作服务器时就会产生这三种文件描述符(简称fd)：writefds(写)、readfds(读)、和 exceptfds(异常)。select会阻塞住监视3类文件描述符，等有数据、可读、可写、出异常 或超 时、就会返回；返回后通过遍历fdset整个数组来找到就绪的描述符fd，然后进行对应的IO操 作。

优点： 几乎在所有的平台上支持，跨平台支持性好

缺点： 由于是采用轮询方式全盘扫描，会随着文件描述符FD数量增多而性能下降。 每次调用 select()，需要把 fd 集合从用户态拷贝到内核态，并进行遍历(消息传递都是从 内核到用户空间) 默认单个进程打开的FD有限制是1024个，可修改宏定义，但是效率仍然慢。

  1. poll机制

基本原理与select一致，只是没有最大文件描述符限制，因为采用的是链表存储fd。

  1. epoll机制

epoll之所以高性能是得益于它的三个函数

  1. epoll_create()系统启动时，在Linux内核里面申请一个B+树结构文件系统，返回 epoll对象，也是一个fd
  2. epoll_ctl() 每新建一个连接，都通过该函数操作epoll对象，在这个对象里面修改添加 删除对应的链接fd, 绑定一个callback函数。
  3. epoll_wait() 轮训所有的callback集合，并完成对应的IO操作

优点： 没fd这个限制，所支持的FD上限是操作系统的最大文件句柄数，1G内存大概支持10万个 句柄 效率提高，使用回调通知而不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降 内核和用户空间mmap同一块内存实现

# 缓冲区是什么意思？-Java面试题

  • Buffer 是一个对象， 它包含一些要写入或者刚读出的数据。在 NIO 中加入 Buffer 对 象，体现了新库与原 I/O 的一个重要区别。在面向流的 I/O 中，您将数据直接写入或者 将数据直接读到 Stream 对象中
  • 在 NIO 库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中 的。在写入数据时，它是写入到缓冲区中的。任何时候访问 NIO 中的数据，您都是将它 放到缓冲区中。
  • 缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组，但是也可以使用其他种类的数组。 但是一个缓冲区不 仅仅 是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟 踪系统的读/写进程

ByteBuffer

CharBuffer

ShortBuffer

IntBuffer

LongBuffer

FloatBuffer

DoubleBuffer

# 通道是个什么意思？-Java面试题

  • 通道是对原 I/O 包中的流的模拟。到任何目的地(或来自任何地方)的所有数据都必须通过 一个 Channel 对象（通道）。一个 Buffer 实质上是一个容器对象。发送给一个通道的 所有对象都必须首先放到缓冲区中；同样地，从通道中读取的任何数据都要读到缓冲区 中。

  • Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比 较，通道就像是流。 正如前面提到的，所有数据都通过 Buffer 对象来处理。您永远不会将字节直接写入通道 中，相反，您是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样，您不会直接从通道 中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。

# 同步、异步、阻塞、非堵塞-Java面试题

同/异、阻/非堵塞的组合，有四种类型，如下表：

组 合 方 式 性能分析
同步 非 阻塞 提升 I/O 性能的常用手段，就是将 I/O 的阻塞改成非阻塞方式，尤其在网络 I/O 是长连接，同时传输数据也不是很多的情况下，提升性能非常有效。 这种方式通常能提升 I/O 性能，但是会增加CPU 消耗，要考虑增加的 I/O 性能能不能补偿 CPU 的消耗， 也就是系统的瓶颈是在 I/O 还是在 CPU 上。
异步 阻塞 这种方式在分布式数据库中经常用到，例如在网一个分布式数据库中写一条记录，通常会有一份是同步阻塞的记录，而还有两至三份是备份记录会写到其它机器上，这些 备份记录通常都是采用异步阻塞的方式写 I/O。异步阻塞对网络 I/O 能够提升效率，尤其像上面这种同时写多份相同数据的情况。
异 步非 阻塞 这种组合方式用起来比较复杂，只有在一些非常复杂的分布式情况下使用，像集群之 间的消息同步机制一般用这种 I/O 组合方式。如 Cassandra 的 Gossip 通信机制就是采用异步非阻塞的方式。它适合同时要传多份相同的数据到集群中不同的机器，同时 数据的传输量虽然不大，但是却非常频繁。这种网络 I/O 用这个方式性能能达到最高。

# 阻塞与非阻塞-Java面试题

阻塞与非阻塞主要是从 CPU 的消耗上来说的，阻塞就是 CPU 停下来等待一个慢的操作完成 CPU 才接着完成其它的事。非阻塞就是在这个慢的操作在执行时 CPU 去干其它别的事，等这 个慢的操作完成时，CPU 再接着完成后续的操作。虽然表面上看非阻塞的方式可以明显的提高 CPU 的利用率，但是也带了另外一种后果就是系统的线程切换增加。增加的 CPU 使用时间能 不能补偿系统的切换成本需要好好评估。

# 同步与异步-Java面试题

同步就是一个任务的完成需要依赖另外一个任务时，只有等待被依赖的任务完成后，依赖的任 务才能算完成，这是一种可靠的任务序列。要么成功都成功，失败都失败，两个任务的状态可 以保持一致。而异步是不需要等待被依赖的任务完成，只是通知被依赖的任务要完成什么工 作，依赖的任务也立即执行，只要自己完成了整个任务就算完成了。至于被依赖的任务最终是 否真正完成，依赖它的任务无法确定，所以它是不可靠的任务序列。我们可以用打电话和发短 信来很好的比喻同步与异步操作。

# 什么是AIO-Java面试题

AIO 是 Java 1.7 之后引入的包，是 NIO 的升级版本，提供了异步非堵塞的 IO 操作方式，所以 人们叫它 AIO（Asynchronous IO），异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操 作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续 的操作

# 什么是NIO-Java面试题

是 Java 1.4 引入的 java.nio 包，提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象，可以构建 多路复用的、同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。

# 什么是BIO-Java面试题

BIO 就是传统的 java.io 包，它是基于流模型实现的，交互的方式是同步、阻塞方式，也就是 说在读入输入流或者输出流时，在读写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调 用时可靠的线性顺序。它的有点就是代码比较简单、直观；缺点就是 IO 的效率和扩展性很 低，容易成为应用性能瓶颈。

# 流一般需要不需要关闭,如果关闭的话在用什么方法,一般要在那个代码块里面关闭比较好，处理流是怎么关闭的，如果有多个流互相调用传入是怎么关闭的？-Java面试题

  1. 流一旦打开就必须关闭，使用close方法

  2. 放入finally语句块中（finally 语句一定会执行）

  3. 调用的处理流就关闭处理流

  4. 多个流互相调用只关闭最外层的流

# 什么是节点流,什么是处理流,它们各有什么用处,处理流的创建有什么特征？-Java面试题

  1. 节点流 直接与数据源相连，用于输入或者输出

  2. 处理流：在节点流的基础上对之进行加工，进行一些功能的扩展

  3. 处理流的构造器必须要 传入节点流的子类

# PrintStream、BufferedWriter、PrintWriter的比较?-Java面试题

  1. PrintStream类的输出功能非常强大，通常如果需要输出文本内容，都应该将输出流包 装成PrintStream后进行输出。它还提供其他两项功能。与其他输出流不同， PrintStream 永远不会抛出 IOException；而是，异常情况仅设置可通过 checkError 方法测试的内部标志。另外，为了自动刷新，可以创建一个 PrintStream

  2. BufferedWriter:将文本写入字符输出流，缓冲各个字符从而提供单个字符，数组和字符 串的高效写入。通过write()方法可以将获取到的字符输出，然后通过newLine()进行换 行操作。BufferedWriter中的字符流必须通过调用flush方法才能将其刷出去。并且 BufferedWriter只能对字符流进行操作。如果要对字节流操作，则使用 BufferedInputStream

  3. PrintWriter的println方法自动添加换行，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，PrintWriter构造方法可指定参数，实现自动刷新 缓存（autoflush）

# 字节流和字符流的区别？-Java面试题

字节流读取的时候，读到一个字节就返回一个字节；字符流使用了字节流读到一个或多个字节 （中文对应的字节数是两个，在 UTF-8 码表中是 3 个字节）时。先去查指定的编码表，将查 到的字符返回。字节流可以处理所有类型数据，如：图片，MP3，AVI视频文件，而字符流只 能处理字符数据。只要是处理纯文本数据，就要优先考虑使用字符流，除此之外都用字节流。 字节流主要是操作 byte 类型数据，以 byte 数组为准，主要操作类就是 OutputStream、 InputStream字符流处理的单元为 2 个字节的 Unicode 字符，分别操作字符、字符数组或字 符串，而字节流处理单元为 1 个字节，操作字节和字节数组。所以字符流是由 Java 虚拟机将字 节转化为 2 个字节的 Unicode 字符为单位的字符而成的，所以它对多国语言支持性比较好！ 如果是音频文件、图片、歌曲，就用字节流好点，如果是关系到中文（文本）的，用字符流好 点。在程序中一个字符等于两个字节，java 提供了 Reader、Writer 两个专门操作字符流的 类。

# 如何实现 java 序列化？-Java面试题

序列化的实现，将需要被序列化的类实现Serializable 接口，该接口没有需要实现的方法， implements Serializable 只是为了标注该对象是可被序列化的，然后使用一个输出流(如： File Output Stream)来构造一个 Object Output Stream(对象流)对象，接着，使用 Object Output Stream 对象的 write Object(Object obj)方法就可以将参数为 obj 的对象写出(即保 存其状态)，要恢复的话则用输入流。

# 什么是 java序列化？-Java面试题

序列化就是一种用来处理对象流的机制，所谓对象流也就是将对象的内容进行流化。可以对流 化后的对象进行读写操作，也可将流化后的对象传输于网络之间。序列化是为了解决在对对象 流进行读写操作时所引发的问题

# Java 中有几种类型的流？-Java面试题

（1）按照流的方向：输入流（inputStream）和输出流（outputStream）；

（2）按照实现 功能分：节点流（可以从或向一个特定的地方（节点）读写数据。如 FileReader）和处理流 （是对一个已存在的流的连接和封装，通过所封装的流的功能调用实现数据读写。如 BufferedReader。处理流的构造方法总是要带一个其他的流对象做参数。一个流对象经过其 他流的多次包装，称为流的链接）；

（3）按照处理数据的单位： 字节流和字符流。字节流继 承于 InputStream 和 OutputStrea，字符流继承于InputStreamReader 和 OutputStreamWriter 。

上次更新: 2022/03/09, 23:07:05
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