【面试高高手】——JavaIO篇（23题）

1.什么是Java IO？

Java IO（Input/Output）是用于处理输入和输出操作的API，它允许程序与外部世界进行数据交互。

2.如何从数据传输方式理解IO流？

可以从三个不同的维度进行分类：

• 1、按照流的方向（输出输入都是站在程序所在内存的角度划分的）
• 输入流：只能从中读取数据【主要由InputStream和Reader作为基类】

• 输出流：只能向其写入数据【主要由outputStream和Writer作为基类】

• 2、按照流的操作颗粒度划分

• 字节流：以字节为单元，可操作任何数据【主要由InputStream和outPutStream作为基类】

• 字符流：以字符为单元，只能操作纯字符数据，比较方便【主要由Reader和Writer作为基类】

• 3、按照流的角色划分

• 节点流：可以从/向一个特定的IO设备（如磁盘，网络）读/写数据的流，也叫【低级流，主要由】

• 处理流：用于对一个已存在的流进行连接和封装，通过封装后的流来实现数据的读/写功能，也叫【高级流】

3.Java IO设计上使用了什么设计模式？

• 单一职责原则（Single Responsibility Principle）： 这是一个重要的面向对象设计原则，它要求一个类应该只有一个责任。在Java IO中，不同的类负责不同的I/O操作，如InputStream负责读取字节，OutputStream负责写入字节，这符合单一职责原则。
• 装饰器模式（Decorator Pattern）： Java IO中的缓冲流（如BufferedReader和BufferedWriter）以及过滤流（如GZIPInputStream和GZIPOutputStream）采用了装饰器模式。这些类通过组合来增强I/O流的功能，而不是通过继承来扩展。

BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"));

这里，BufferedReader装饰了FileReader，以提供缓冲读取的功能。

• 策略模式（Strategy Pattern）： Java IO库中的Charset和CharsetEncoder/CharsetDecoder类采用了策略模式。它们允许你根据不同的字符编码策略来进行字符编码和解码。

Charset utf8 = Charset.forName("UTF-8");
CharsetEncoder encoder = utf8.newEncoder();

这里，Charset对象充当策略对象，CharsetEncoder则根据不同的策略来执行编码操作。

• 观察者模式（Observer Pattern）： Java IO库中的File和DirectoryStream等类可用于监视文件系统中的文件和目录。这些类允许你注册观察者来监听文件系统事件，符合观察者模式。

Path directory = Paths.get("my_directory");
WatchService watchService = FileSystems.getDefault().newWatchService();
directory.register(watchService, StandardWatchEventKinds.ENTRY_CREATE);

这里，WatchService充当观察者，监视文件系统中文件的创建事件。

4.什么是Java NIO？

Java NIO ： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。

5.什么时BIO?

Java BIO ： 同步并阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。

6.什么是AIO?

Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

7.你怎么理解同步IO和异步IO?

• 同步I/O（Synchronous I/O）：
  阻塞模式： 在同步I/O中，当一个I/O操作被发起时，调用线程将被阻塞，直到操作完成或出错为止。这意味着线程会一直等待，无法执行其他任务。
  顺序执行： 同步I/O操作通常是按照它们的发起顺序依次执行的。每个操作必须等待前一个操作完成才能继续执行。
  资源占用： 同步I/O需要分配一个线程来处理每个I/O操作，如果有大量并发连接，将消耗大量线程资源。

• 异步I/O（Asynchronous I/O）：
  非阻塞模式： 在异步I/O中，当一个I/O操作被发起后，调用线程不会被阻塞，可以继续执行其他任务，不必等待操作完成。
  并发性： 异步I/O允许同时发起多个I/O操作，并在后台进行处理，因此具有更高的并发性。
  回调机制： 异步I/O通常使用回调函数来处理I/O操作完成的通知。当I/O操作完成时，系统会调用预先注册的回调函数，而不是等待线程。
  复杂性： 异步I/O编程相对更复杂，因为它需要处理回调函数、状态管理等复杂性问题。

8.你怎么理解阻塞IO和非阻塞IO?

阻塞IO：当一个线程执行I/O操作时，它将一直阻塞该线程被一直占用，直到操作完成。
非阻塞IO：调用线程不会被阻塞，可以继续执行其他任务，不必等待操作完成。允许一个线程管理多个通道（连接）。

9.IO中的输入流和输出流有什么区别？

10.字节流和字符流的区别?

答：读字节流时，读一个字节后返回一个字节;字节流使用字节流读取一个或多个字节(中文对应的字节数为两个，在 UTF-8 码表中是 3 字节)时间。首先检查指定的编码表，并返回找到的字符。字节流可以处理图片、MP3、AVI视频文件等各种类型的数据，而字符流只能处理字符数据。除了字节流，只要是处理纯文本数据，就要优先使用字符流。字节流主要是操作 byte 类型数据，以 byte 以数组为准，主要操作类别为 OutputStream、Inputstream字符流处理的单元是 2 个字节的 Unicode 字符分别操作字符、字符数组或字符串，字节流处理单元为 1 操作字节和字节数组的字节。因此，字符流是由 Java 将字节转换为虚拟机 2 个字节的 Unicode 字符是单位字符制成的，所以对多国语言有很好的支持!如果是音频文件、图片和歌曲，最好使用字节流。如果与中文(文本)有关，最好使用字符流。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别。

11.Java 流量有多少种类型?

答：
(1)按流量方向:输入流(inputStream)和输出流(outputStream);
(2)按实现功能划分:节点流(可以从或到特定的地方(节点)读写数据。如 FileReader)和处理流(是对现有流的连接和封装，通过封装流的功能调用实现数据读写。如 BufferedReader。处理流的结构方法总是以其他流对象为参数。一个流对象通过其他流多次包装，称为流链接);
(3)按处理数据的单位: 字节流和字符流。继承字节流 InputStream 和 OutputStrea，InputStreamreader继承字符流 和 OutputStreamWriter 。

12.如何将字节流转化为字符流?

答:字节输入流通字符输入流通 InputStreamReader 这种结构函数可以实现并传输 InputStream 对象。
字节输出流字符输出流通过 OutputStreamWriter 这种结构函数可以实现并传输 OutputStream 对象。

13.如何将一个 java 将对象序列化到文件中?

答：在 java 能够序列化的类必须先实现 Serializable 接口，没有抽象的方法，只是起到了标记作用。

  public class Test {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            // 对象输出流
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("D://obj")));
            objectOutputStream.writeObject(new User("zhangsan", 100));
            objectOutputStream.close();
            // 对象输入流
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("D://obj")));
            User user = (User) objectInputStream.readObject();
            System.out.println(user);
            objectInputStream.close();
        }
    }

14.什么是 java序列化?

答:序列化是一种处理对象流的机制。所谓对象流，就是流化对象的内容。流化后的对象可以读写，也可以在网络之间传输。序列化是为了解决对象流读写操作中引起的问题。

15.如何实现 java 序列化?

答:实现序列化将需要实现序列化类Serializable 界面，界面没有实现的方法，implements Serializable 只是为了标记对象可以序列化，然后使用输出流(如:File Output Stream)来构造一个 Object Output Stream(对象流)对象，然后，使用 Object Output Stream 对象的 write Object(Object obj)该方法可以将参数为 obj 对象写出(即保存其状态)，如果要恢复，则使用输入流。

16.Filter流是什么?

答：Filter Stream是IO流的主要功能，用于为存在的流量增加一些额外的功能，如向目标文件添加源文件中不存在的行数或复制性能。

17.Filter流有哪些可用?

答：在http://java.主要由四个可用的filter包组成 Stream。两个字节filter stream，两个字符filter stream. 分别是Filter Input Stream, Filter Output Stream, Filter Reader and Filter Writer.这些类别是抽象的，不能实例化。

18.解释java.io.Serializable接口?

答:通过实现类 java.io.Serializable 该接口可以启用其序列化功能。未实现此接口的类别将无法使其任何状态序列化或反序列化。

19.如何实现对象克隆?

答:有两种方式(1)实现 Cloneable 接口并重写 Object 类中的 clone()方法(2)实现 Serializable 接口可以通过对象的序列化和反序列化来实现真正的深度克隆。

20.Java中的输入流和输出流有什么区别？

输入流用于从数据源（如文件或网络）读取数据，输出流用于向目标（如文件或网络）写入数据。

21.Java中有几种类型的流？

分为字符流和字节流。

22.如何从数据操作上理解IO流？

23.BIO、NIO、AIO三者区别以及适用场景？

• BIO（Blocking I/O）：
  阻塞模型： BIO是基于阻塞模型的I/O操作，意味着当一个线程执行I/O操作时，它将一直阻塞，直到操作完成。
  同步性： 在BIO中，所有I/O操作都是同步的，一个线程对一个连接进行读或写，直到完成。
  适用性： 适用于连接数量较少且每个连接的数据交互频繁的情况，但在高并发环境下性能不佳。

• NIO（Non-blocking I/O）：
  非阻塞模型： NIO采用了非阻塞模型，允许一个线程管理多个通道（连接）。
  选择器（Selector）： NIO引入了选择器（Selector）的概念，通过选择器一个线程可以监听多个通道上的事件，如读就绪、写就绪等。
  缓冲区（Buffer）： NIO使用缓冲区来存储数据，可以提高I/O效率。
  适用性： 适用于需要处理大量连接且连接数较多，但每个连接的数据交互相对较少的情况，如Web服务器。

• AIO（Asynchronous I/O）：
  异步模型： AIO采用异步模型，允许一个线程在进行I/O操作时不被阻塞，当操作完成后会通知应用程序。
  回调机制： AIO使用回调机制来处理I/O操作完成的通知。
  适用性： 适用于需要处理大量连接且每个连接的数据交互较少，且希望充分利用CPU的多核性能的情况。

• 总结各种I/O模型的适用场景：
  BIO适用于连接数较少，且每个连接的数据交互频繁的情况，但不适用于高并发环境。
  NIO适用于需要处理大量连接，但每个连接的数据交互相对较少的情况，具有更好的性能和资源利用率。
  AIO适用于需要处理大量连接，且每个连接的数据交互较少，同时希望充分利用CPU多核性能的情况。
  选择适当的I/O模型取决于应用程序的特性和需求，不同的模型提供了不同的性能和可伸缩性。