IO介绍
# 00.IO介绍
简单介绍下IO的概念和Java中IO的体系。
# 什么是IO
在冯诺依曼结构中，IO是重要的组成部分，几乎所有编程语言都涉及IO。IO是指Input/Output，即输入和输出，这里的输入和输出都是以内存（存储器）为中心的：
- CPU只处理内存中的数据，因此如果要处理不在内存中的数据，要先将数据输入（Input）到内存，例如将文件加载到内存，或者读取网络上的数据（例如数据库）到内存。
- 内存是易失性的，关机或者宕机后，数据就没有了。所以如果要保存内存中的数据，就得将数据输出（Output）到文件里，或者输出到网络接口（例如数据库）。
我们的Java程序也是在内存中由CPU运行的，内存中的数据无非就是0和1，这里的0和1可能是字符数据，也可能是二进制数据，可以用Java的byte[]，String来表示并处理。
# 什么是流
在程序中，我们经常需要读取文件，那么如何读取比较好呢？比如一个大文件，不可能瞬间就能读取到内存里，读取速度取决于硬件的性能；并且内存里也不一定有足够的内存放下整个文件。
因此，一个文件的数据，我们都是一部分一部分地读取的。这种读取方式，我们称为流，数据就像水流一样一点一点地流入到内存里；输出也是一样的，向水流一样流出到硬盘上，因此我们也可以称这种读取方式为 IO 流，IO流是一种顺序读写数据的模式。
字节是计算机存储单元的基本单位，因此IO流也可以称为字节流，例如我们读取一个6字节大小的文件，相当于读入了6个字节的数据：
╔════════════╗
║ Memory ║
╚════════════╝
▲
│0x48
│0x65
│0x6c
│0x6c
│0x6f
│0x21
╔═══════════╗
║ Hard Disk ║
╚═══════════╝
2
3
4
5
6
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我们按顺序读取这6个字节，这种读取方式是输入字节流；
反过来，将6个字节存储到磁盘上，就是输出字节流
╔════════════╗
║ Memory ║
╚════════════╝
│0x21
│0x6f
│0x6c
│0x6c
│0x65
│0x48
▼
╔═══════════╗
║ Hard Disk ║
╚═══════════╝
2
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# Java中的IO流
在Java中，有许多用于各种目的的IO类（例如读取文件的IO类，读取网络接口的IO类），我们可以简单地将它们分为输入类和输出类：
InputStream，代表输入字节流。是一个抽象类，所有输入流的超类。OuputStream，代表输出字节流。也是抽象类，是所有输出流的超类。
图片来自《Java语言程序设计-基础篇》17.1节
除了字节之外，我们可能还会读写字符，因此Java提供了Reader和Writer，用来读写字符；但是，计算机中只存储0和1，Reader和Writer本质上也是读取字节流的；只不过他们能在读取字节的时候自动解码为char字符，输出字节的时候自动编码为二进制数，所以看起来就是直接读写字符了：
图片来自《Java语言程序设计-基础篇》17.2节
我们也可以使用InputStream读取字符为byte[]数组，然后根据编码转换为字符串。
一般情况下，使用二进制文件的效率更高：
- 例如存储一个整数199，只需存储199的二进制数字C7即可；而如果用文本文件，则需存储‘1’，‘9’，‘9’三个字符，需要存储的空间更大
- 二进制IO不需要编码和解码，比文本IO类效率高
- 二进制文件与主机的编码方案无关，因此是可移植的，在任何机器上的Java程序都可以读取Java程序所创建的二进制文件，这也是为什么编译后的字节码文件是二进制的原因。
# 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提供了所有同步IO的功能，而java.nio则提供了异步IO。我们只讨论Java的同步IO，对于异步IO感兴趣的同学可以去看看Netty
上面我们讨论的InputStream、OutputStream、Reader和Writer都是同步IO的抽象类，要使用IO都得使用对应的具体实现类，以读写文件为例，有FileInputStream、FileOutputStream、FileReader和FileWriter。
# 小结
什么是流：流是一种流式的数据输入/输出模型。
在Java中，java.io包提供了同步IO功能。主要有两种流
- 字节流接口：
InputStream/OutputStream，所有输入/输出流的父类，二进制数据以byte为最小单位流动； - 字符流接口：
Reader/Writer，字符数据以char为最小单位流动
Java.nio则提供了异步IO。
