5.1、I/O基础
5.1.1、Java有几种文件拷贝方式，哪一种效率最高？
答：
以下是三种不同方式的Java代码示例：
- 使用字节流进行传输：可以使用FileInputStream和FileOutputStream类来完成文件的读取和写入，逐字节地拷贝文件内容。这种方式比较简单，但效率较低，特别是对于大文件而言。
示例：
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;public class ByteStreamCopy {public static void main(String[] args) {String sourceFile = "source.txt";String destFile = "dest.txt";try (FileInputStream fis = new FileInputStream(sourceFile);FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile)) {int byteData;while ((byteData = fis.read()) != -1) {fos.write(byteData);}System.out.println("文件拷贝完成！");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
- 使用缓冲区进行传输：可以使用BufferedInputStream和BufferedOutputStream类，结合字节数组进行文件的读取和写入操作。这种方式比较高效，因为可以减少实际的I/O操作次数。
示例：
import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;public class BufferedStreamCopy {public static void main(String[] args) {String sourceFile = "source.txt";String destFile = "dest.txt";try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(sourceFile));BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(destFile))) {byte[] buffer = new byte[1024];int bytesRead;while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {bos.write(buffer, 0, bytesRead);}System.out.println("文件拷贝完成！");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
- 使用NIO进行传输：可以使用java.nio包中的Channel和Buffer类来实现文件的读写操作。这种方式使用了直接内存缓冲区，能够更好地利用操作系统底层的文件传输机制，因此效率更高。
示例：
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.StandardCopyOption;public class NIOCopy {public static void main(String[] args) {String sourceFile = "source.txt";String destFile = "dest.txt";Path sourcePath = Path.of(sourceFile);Path destPath = Path.of(destFile);try {Files.copy(sourcePath, destPath, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);System.out.println("文件拷贝完成！");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}
使用NIO进行文件拷贝的效率最高，尤其是对于大文件而言。使用字节流进行传输的效率较低，特别是在处理大文件时，可能会导致内存溢出的问题。使用缓冲区进行传输的效率稍微高一些，但仍然比不上NIO方式。
扩展：
在Java中，使用缓冲区进行传输比使用字节流进行传输效率更高的原因如下：
- 减少对底层I/O设备的访问次数：使用字节流进行传输时，每次读取或写入数据都会直接与底层I/O设备进行交互，这会导致频繁的设备访问。而使用缓冲区传输时，数据会先被写入到缓冲区中，然后再一次性地与底层I/O设备进行交互。这样可以减少对底层I/O设备的访问次数，提高效率。
- 提高数据读写的速度：使用字节流进行传输时，每次读取或写入数据都是以一个字节为单位进行操作，这会导致频繁的读写操作。而使用缓冲区传输时，可以一次性读取或写入一定量的数据，大大提高了数据读写的速度。
- 减少系统调用次数：使用字节流进行传输时，每次读取或写入数据都会触发系统调用，并涉及到内核态和用户态的切换。而使用缓冲区传输时，减少了系统调用的次数，减少了系统资源的消耗。
- 提供了更灵活的读写方式：缓冲区提供了一系列的读写方法，可以根据实际需求来选择不同的读写方式。可以通过一次性读取或写入多个字节来提高效率，也可以使用标记和重置等方法来回退或跳过数据。
5.1.2、I/O和NIO的区别是什么？
答：
在Java中，I/O（输入/输出）和NIO（新I/O）是两种不同的输入输出模型。它们的区别在于以下几个方面：
-
I/O是基于流（Stream）的模型，而NIO是基于缓冲区（Buffer）的模型。I/O通过流按照字节序列一个接一个地处理数据，而NIO通过将数据先读入缓冲区，然后再进行处理。
-
I/O是面向字节的，而NIO是面向块（Block）的。I/O以字节为单位进行读写操作，而NIO以块为单位进行读写操作，一个块可以包含多个字节。
-
I/O是阻塞式的，而NIO是非阻塞式的。在I/O中，当进行读操作时，如果没有数据可读，线程将被阻塞，直到有数据可读。而在NIO中，当进行读操作时，如果没有数据可读，线程不会被阻塞，可以继续执行其他操作。
-
I/O是单向的，而NIO是双向的。在I/O中，一个流只能作为读流或写流使用，而在NIO中，一个通道（Channel）可以同时用于读和写。
扩展：
I/O适用于低负载、低并发的场景，而NIO适用于高负载、高并发的场景。使用NIO可以提供更高的吞吐量和更低的延迟。
5.1.3、谈谈你对I/O多路复用机制的理解
答：
I/O多路复用是指通过一个线程来管理多个I/O事件的机制。在Java中，可以使用NIO的Selector来实现I/O多路复用。
I/O多路复用的基本原理是通过一个线程同时监听多个输入流的可读、可写等事件，当某个输入流有事件发生时，就会通知线程进行处理，从而实现同时处理多个I/O事件的能力。
在Java中，使用Selector类来创建一个选择器，然后将多个通道（Channel）注册到选择器上。在循环中调用选择器的select()方法，该方法会阻塞直到至少有一个通道有事件发生。然后通过selectedKeys()方法获取发生事件的通道集合，进行相应的处理。
使用NIO的Selector实现多路复用的示例：
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;public class NioMultiplexingServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 创建ServerSocketChannel，并绑定到指定端口ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8888));serverSocketChannel.configureBlocking(false);// 创建Selector，并注册ServerSocketChannel的ACCEPT事件Selector selector = Selector.open();serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (true) {// 阻塞等待事件发生int readyChannels = selector.select();if (readyChannels == 0) {continue;}// 获取发生事件的SelectionKey集合Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();while (iterator.hasNext()) {SelectionKey selectionKey = iterator.next();if (selectionKey.isAcceptable()) {// 处理ACCEPT事件ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();SocketChannel socketChannel = serverChannel.accept();socketChannel.configureBlocking(false);socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);} else if (selectionKey.isReadable()) {// 处理READ事件SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);socketChannel.read(buffer);buffer.flip();String data = new String(buffer.array()).trim();System.out.println("Received data: " + data);socketChannel.close();}// 从集合中删除已处理的SelectionKeyiterator.remove();}}}
}
首先创建了一个ServerSocketChannel，并将其绑定到指定端口。
然后创建了一个Selector，并注册ServerSocketChannel的ACCEPT事件。
在主循环中，调用Selector的select()方法阻塞等待事件发生，当有事件发生时，
通过selectedKeys()方法获取发生事件的SelectionKey集合，并遍历处理。
如果是ACCEPT事件，则调用accept()方法获取SocketChannel，并将其注册到Selector上以监听READ事件。
如果是READ事件，则从SocketChannel中读取数据并处理，然后关闭SocketChannel。
I/O多路复用的优点是能够同时处理多个I/O事件，而且不需要创建多个线程来处理每个事件，从而节省了系统资源。它适用于需要同时处理多个连接的高并发场景。
扩展：
I/O多路复用也有一些限制。首先，它对于处理一些复杂的逻辑可能不够灵活，因为它只关注事件的发生而并不关心事件的具体内容。其次，如果某个事件的处理时间过长，会影响其他事件的处理速度。因此，在使用I/O多路复用时需要考虑事件处理的效率和逻辑复杂度。