1 说说什么是IO流？

流是一种抽象概念，它代表了数据的无结构化传递。按照流的方式进行输入输出，数据被当成无结构的字节序或字符序列。从流中取得数据的操作称为提取操作，而向流中添加数据的操作称为插入操作。用来进行输入输出操作的流就称为IO流。换句话说，IO流就是以流的方式进行输入输出。

（1）java就是自来水厂，水源地就是源，家就是目的
（2）从水源地流到我自来水厂的水，是从外面进来的，那么水是输入进来的。从自来水厂到家的水，是从自来水厂流出的（输出）。从源地到我java中的流，便是输入流（InputStream），而从java中流出的便是输出流(OutputStream)

2 Java中有几种类型的流？
（1）按照流的方向：输入流（inputStream）和输出流（outputStream）
（2）按照实现功能：节点流（可以从或向一个特定的节点读写数据，如FileReader）和处理流（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OutputStream，字符流继承于InputStreamReader和OutputStreamWriter。

3 说说Java中常用的IO流实现类？

Java 的 I/O 大概可以分成以下几类：
磁盘操作: File
字节操作: InputStream 和 OutputStream
字符操作: Reader 和 Writer
对象操作: Serializable
网络操作: Socket

4 Java有哪些可用的Filter流？

在java.io包中主要由4个可用的filterStream。两个字节filterstream，两个字符filterstream.分别是FilterInputStream,FilterOutputStream,FilterReaderandFilterWriter.这些类是抽象类，不能被实例化的。

5 什么是Java序列化，如何实现Java序列化？

序列化就是一种用来处理对象流的机制，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，可以将流化后的对象传输于网络之间。序列化是为了解决在对象流读写操作时所引发的问题序列化的实现：将需要被序列化的类实现Serialize接口，没有需要实现的方法，此接口只是为了标注对象可被序列化的，然后使用一个输出流（如：FileOutputStream）来构造一个ObjectOutputStream(对象流)对象，再使用ObjectOutputStream对象的write(Objectobj)方法就可以将参数obj的对象写出。

6 PrintStream、BufferedWriter、PrintWriter的区别是什么？

• PrintStream：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。
• 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
• PrintWriter：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。

7 字符流和字节流有什么区别？

要把一片二进制数据数据逐一输出到某个设备中，或者从某个设备中逐一读取一片二进制数据，不管输入输出设备是什么，我们要用统一的方式来完成这些操作，用一种抽象的方式进行描述，这个抽象描述方式起名为IO流，对应的抽象类为OutputStream和InputStream ，不同的实现类就代表不同的输入和输出设备，它们都是针对字节进行操作的。

计算机中的一切最终都是二进制的字节形式存在。对于“中国”这些字符，首先要得到其对应的字节，然后将字节写入到输出流。读取时，首先读到的是字节，可是要把它显示为字符，需要将字节转换成字符。底层设备永远只接受字节数据，有时候要写字符串到底层设备，需要将字符串转成字节再进行写入。字符流是字节流的包装，字符流则是直接接受字符串，它内部将串转成字节，再写入底层设备，这为我们向IO设别写入或读取字符串提供了一点点方便。

8 如何实现对象克隆？

（1）实现Cloneable接口并重写Object类中的clone()方法
（2）实现Serializable接口，通过对象的序列化和反序列化实现克隆，可以实现真正的深度克隆

9 什么是缓冲区，有什么作用？

缓冲区就是一段特殊的内存区域，很多情况下当程序需要频繁地操作一个资源（如文件或数据库）则性能会很低，所以为了提升性能就可以将一部分数据暂时读写到缓存区，以后直接从此区域中读写数据即可，这样就可以显著的提升性能。对于Java字符流的操作都是在缓冲区操作的，所以如果我们想在字符流操作中主动将缓冲区刷新到文件则可以使用flush()方法操作。

10 什么是阻塞IO，什么是非阻塞IO？
IO操作包括：对硬盘的读写、对socket的读写以及外设的读写。当用户线程发起一个IO请求操作（本文以读请求操作为例），内核会去查看要读取的数据是否就绪，对于阻塞IO来说，如果数据没有就绪，则会一直在那等待，直到数据就绪；对于非阻塞IO来说，如果数据没有就绪，则会返回一个标志信息告知用户线程当前要读的数据没有就绪。当数据就绪之后，便将数据拷贝到用户线程，这样才完成了一个完整的IO读请求操作，也就是说一个完整的IO读请求操作包括两个阶段：1）查看数据是否就绪；2）进行数据拷贝（内核将数据拷贝到用户线程）。那么阻塞（blockingIO）和非阻塞（non-blockingIO）的区别就在于第一个阶段，如果数据没有就绪，在查看数据是否就绪的过程中是一直等待，还是直接返回一个标志信息。Java中传统的IO都是阻塞IO，比如通过socket来读数据，调用read()方法之后，如果数据没有就绪，当前线程就会一直阻塞在read方法调用那里，直到有数据才返回；而如果是非阻塞IO的话，当数据没有就绪，read()方法应该返回一个标志信息，告知当前线程数据没有就绪，而不是一直在那里等待。

11 NIO是什么，与传统的BIO有什么区别？

NIO（Non-blocking I/O，也称为New I/O），是一种同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路复用的基础，已经被越来越多地应用到大型应用服务器，成为解决高并发与大量连接、I/O处理问题的有效方式。
（1）面向流与面向缓冲：IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。 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。 Java NIO的缓冲导向方法略有不同。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。
（2）阻塞与非阻塞IO：传统IO的各种流是阻塞的。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。 Java 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）。
（3）选择器：Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道，这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

12 BIO、NIO和AIO的区别以及应用场景？
同步：java自己去处理io。
异步：java将io交给操作系统去处理，告诉缓存区大小，处理完成回调。
阻塞：使用阻塞IO时，Java调用会一直阻塞到读写完成才返回。
非阻塞：使用非阻塞IO时，如果不能立马读写，Java调用会马上返回，当IO事件分发器通知可读写时在进行读写，不断循环直到读写完成。
BIO：同步并阻塞，服务器的实现模式是一个连接一个线程，这样的模式很明显的一个缺陷是：由于客户端连接数与服务器线程数成正比关系，可能造成不必要的线程开销，严重的还将导致服务器内存溢出。当然，这种情况可以通过线程池机制改善，但并不能从本质上消除这个弊端。
NIO：在JDK1.4以前，Java的IO模型一直是BIO，但从JDK1.4开始，JDK引入的新的IO模型NIO，它是同步非阻塞的。而服务器的实现模式是多个请求一个线程，即请求会注册到多路复用器Selector上，多路复用器轮询到连接有IO请求时才启动一个线程处理。
AIO：JDK1.7发布了NIO2.0，这就是真正意义上的异步非阻塞，服务器的实现模式为多个有效请求一个线程，客户端的IO请求都是由OS先完成再通知服务器应用去启动线程处理（回调）。应用场景：并发连接数不多时采用BIO，因为它编程和调试都非常简单，但如果涉及到高并发的情况，应选择NIO或AIO，建议采用成熟的网络通信框架Netty。

13 说说select、poll、epoll的区别？

select，poll，epoll都是IO多路复用的机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

• select

select 的核心功能是调用tcp文件系统的poll函数，不停的查询，如果没有想要的数据，主动执行一次调度（防止一直占用cpu），直到有一个连接有想要的消息为止。从这里可以看出select的执行方式基本就是不同的调用poll,直到有需要的消息为止。

它有两个缺点：
（1）每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大；
（2）同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大。
它有两个优点：
（1）select的可移植性更好，在某些Unix系统上不支持poll()。
（2）select对于超时值提供了更好的精度：微秒，而poll是毫秒。

• poll

poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd

它有两个缺点：
（1）大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义；
（2）与select一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。
它有两个优点：
（1）poll() 不要求开发者计算最大文件描述符加一的大小。
（2）poll() 在应付大数目的文件描述符的时候速度更快，相比于select。
（3）它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。

• epoll

epoll同样只告知那些就绪的文件描述符，而且当我们调用epoll_wait()获得就绪文件描述符时， 返回的不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，你只需要去epoll指定的一 个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，这里也使用了内存映射技术，这 样便彻底省掉了这些文件描述符在系统调用时复制的开销。 
（1）支持一个进程打开大数目的socket描述符：相比select，epoll则没有对FD的限制，它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048,举个例子,在1GB内存的机器上大约是10万左右，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般来说这个数目和系统内存关系很大。
（2）IO效率不随FD数目增加而线性下降：epoll不存在这个问题，它只会对"活跃"的socket进行操作— 这是因为在内核实现中epoll是根据每个fd上面的callback函数实现的。那么，只有"活跃"的socket才会主动的去调用 callback函数，其他idle状态socket则不会，在这点上，epoll实现了一个"伪"AIO，因为这时候推动力在os内核。在一些 benchmark中，如果所有的socket基本上都是活跃的—比如一个高速LAN环境，epoll并不比select/poll有什么效率，相 反，如果过多使用epoll_ctl,效率相比还有稍微的下降。但是一旦使用idle connections模拟WAN环境,epoll的效率就远在select/poll之上了。
（3）使用mmap加速内核与用户空间的消息传递：这点实际上涉及到epoll的具体实现了。无论是select，poll还是epoll都需要内核把FD消息通知给用户空间，如何避免不必要的内存拷贝就 很重要，在这点上，epoll是通过内核于用户空间mmap同一块内存实现的。

三者的区别：
（1）select、poll实现需要自己不断轮询所有fd集合，直到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而epoll其实也需要调用epoll_wait不断轮询就绪链表，期间也可能多次睡眠和唤醒交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪fd放入就绪链表中，并唤醒在epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合，而epoll在“醒着”的时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了，这节省了大量的CPU时间。这就是回调机制带来的性能提升。
（2）select、poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次，并且要把current往设备等待队列中挂一次，而epoll只要一次拷贝，而且把current往等待队列上挂也只挂一次（在epoll_wait的开始，注意这里的等待队列并不是设备等待队列，只是一个epoll内部定义的等待队列）。这也能节省不少的开销。

参考
https://www.zhihu.com/question/22863976/answer/2360953876

本文链接：https://www.codingbrick.com/archives/1069.html
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