Java I/O（1）：模型与流

在1990年以前，有一帮工程师们认为未来（1990年以后）会有很多小型设备需要得到电脑操控（不得不说，想法非常超前），鉴于当时市面上并没有任何一款编程语言能够跨平台，而且能够在诸如烤面包机这种小型设备上运转，所以他们决定自己创造一个，玩一把大的。

于是Java诞生了。

为了兼顾设备之间的文件处理，Java在诞生之初就具备了文件读写能力，只不过那时候还是借用的Linux中的I/O概念。因此可以说Java的I/O体系基本上就是Linux内核I/O模型的翻版。

对于Linux而言，整个内部结构可分为三部分：底层硬件架构、内核空间和用户空间。

内核空间中存放内核代码和数据，而用户空间中存放的是不同用户应用进程的代码和数据。

不管是内核空间还是用户空间，它们都处于虚拟存储空间（寻址空间）中——现在很多计算机都是64位操作系统的，那么理论上，它的寻址空间就是2的64次方（264）：

具体Linux怎么工作的就不说了，总之很牛逼。

从Java I/O出现以来，已经经历了五种模型（知道就好了，不用记，也记不住，记住了也用不着）：

1、阻塞I/O（Blocking I/O）

2、非阻塞I/O（Non-Blocking I/O，又叫NIO）

3、I/O复用

4、信号驱动I/O（Signal Driven I/O）

5、异步I/O（Asynchrnous I/O，又叫AIO）

这五种I/O模型的分类是：

看看这些图就可以了，也不需要深究，重点还是要了解Java代码怎么写。

早期的Java I/O都是基于阻塞I/O模型的，也就是BIO，它分为两个部分：流式部分和非流式部分。Java对流的定义是：流是一组有顺序的，有起点和终点的字节集合，是对数据传输的抽象——数据在设备间的传输称为流（后面的流式编程还会提到它）。

流式部分：是根据不同的数据流向，分为输入流Input和输出流Output，对输入流只能进行读操作，对输出流只能进行写操作。根据不同的数据编码，又分为字节流Byte和字符流Char，字符流的本质其实就是基于字节流读取时，通过指定的编码表将字节转换为字符，字节流可以处理所有的数据类型，而字符流只能处理字符类型的数据。

非流式部分：包含一些辅助类，如File、FileDescriptor、RandomAccessFile、SerializablePermission等，也就是直接操作具体的文件。

按数据格式，流可以分为：

字节流：以8位（即1byte，8bit）作为一个数据单元，数据流中最小的数据单元是字节。

字符流：以16位（即1char，2byte，16bit）作为一个数据单元，数据流中最小的数据单元是字符，Java中的字符是Unicode编码，一个字符占用两个字节。

依据字节流，Java定义了抽象基类InputStream/OutputStream。

而依据字符流，Java定义了抽象基类Reader/Writer。

然后Java再根据不同应用场景或功能，通过继承这两种抽象基类派生出子类，用来满足文件、网络、管道等不同场景的I/O需求，从而形成了Java的基本I/O体系。

按用途，流又可以分为处理流与装饰流：

按操作方式分类：

按操作对象分类：

一般用虚线连接的类会搭配使用：

在高性能的I/O应用中，有几个名词经常出现：同步/异步、阻塞/非阻塞、同步阻塞/同步非阻塞、异步阻塞/异步非阻塞。

同步/异步、阻塞/非阻塞，这两组概念其实说的是一个事情。

同步：用户进程触发I/O操作并等待或者轮询的去查看I/O操作是否就绪，比如上厕所这件事，就必须自己亲自干，不能一边上厕所一边逛街；

异步：用户进程触发IO操作以后就可以响应其他的任务请求，而当I/O操作完成时会得到系统通知（异步的特点就是通知），比如把衣服丢到洗衣机里你就会去干别的事情了，衣服洗好了洗衣机会通知你取出来；

阻塞：和同步一样，在程序完成指定的任务之前，什么都不干，一直等待着，直到完成任务，比如上厕所没坑了，但附近又没有别的卫生间，只好在门口一直等着；

非阻塞：和异步一样，不会为了某个任务或事件一直等待而不响应其他请求，比如你可以一边上厕所一边玩手机。

至于同步阻塞/同步非阻塞/异步阻塞/异步非阻塞，无非就是以上概念的变体而已。

I/O是Java中比较裹人的概念之二，非常枯燥，没办法。看看就行，理解不了那就多敲代码。